KR101990703B1 - Method for measuring the concentration of target substance in a testing sample using a electrochemical sensor for point of care self-diagnosis - Google Patents

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Abstract

본 개시는 현장 자가진단용 전기화학센서를 이용한 시료 내 목적 물질의 농도를 측정하는 방법으로서, 상기 센서는 작동 전극의 표면 상에 고정되는 효소를 포함하며,
시료의 온도를 하기의 방법으로 결정되는 일정 온도(T)로 제어하는 단계;
상기 시료 내에 작동 전극을 일정 시간(t) 이상 침지하는 단계;
상기 침지된 작동 전극에 산화환원 전압을 인가하는 단계; 및
상기 전압에 대응하여 측정되는 전류값으로부터 시료 내 목적 물질의 농도를 계산하는 단계를 포함하고,
여기서 상기 일정 온도(T)는,
(i) 목적 물질이 포함된 시료 및 상기 목적 물질과 반응하는 효소가 고정된 작동 전극을 포함하는 전기화학 센서를 준비하는 단계;
(ii) 상기 작동 전극을 10℃≤T1,T2,...,Tn≤100℃인 상이한 온도(T1,T2,...,Tn)로 조절된 시료에 침지한 후, 순환전압(Cyclic Voltammetry, CV)법을 통해 각각의 온도에서 전압에 대한 전류값을 측정하는 단계;
(iii) 상기 측정된 전류값 중 최대값인 최대 전류값(Imax), 이에 대응하는 전압(VCV)을 결정하는 단계; 및
(iv) 상기 결정된 전압(VCV)과 동일한 전압에서 상기 최대 전류값(Imax)의 90% 이상인 전류값(Icv)를 갖는 온도(T)를 결정하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 결정되는 온도(T)는 │온도(T) - 20│이 최소값을 갖는 온도인 온도 결정 방법으로 결정되는 현장 자가진단용 전기화학센서를 이용한 시료 내 목적 물질의 농도를 측정하는 방법에 관한 것이다.
The present disclosure relates to a method for measuring the concentration of a target substance in a sample using an electrochemical sensor for site self-diagnosis, the sensor comprising an enzyme immobilized on the surface of the working electrode,
Controlling the temperature of the sample to a constant temperature (T) determined by the following method;
Immersing the working electrode in the sample for a predetermined time (t) or longer;
Applying a redox voltage to the immersed working electrode; And
Calculating the concentration of the target substance in the sample from the current value measured corresponding to the voltage,
Here, the predetermined temperature (T)
(i) preparing an electrochemical sensor including a working electrode to which a sample containing a target substance and an enzyme reactive with the target substance are immobilized;
(ii) after immersing the working electrode in the sample adjusted to 10 ℃ ≤T 1, T 2, ..., T n of different temperatures (T 1, T 2, ... , T n) ≤100 ℃ Measuring a current value with respect to a voltage at each temperature through a cyclic voltammetry (CV) method;
(iii) determining a maximum current value (I max ), which is a maximum value of the measured current values, and a corresponding voltage (V CV ); And
(iv) determining a temperature (T) having a current value (I cv ) that is at least 90% of the maximum current value (I max ) at the same voltage as the determined voltage (V CV ) The temperature (T) relates to a method for measuring the concentration of a target substance in a sample by using an electrochemical sensor for in-situ self-diagnosis, which is determined by a temperature determination method in which the temperature (T) - 20 |

Description

현장 자가진단용 전기화학센서를 이용한 시료 내 목적 물질의 농도를 측정하는 방법{Method for measuring the concentration of target substance in a testing sample using a electrochemical sensor for point of care self-diagnosis}[0001] The present invention relates to a method for measuring the concentration of a target substance in a sample using an electrochemical sensor for on-site self-diagnosis,

본 개시는 현장 자가진단용 전기화학센서를 이용한 시료 내 목적 물질의 농도를 측정하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 현장 자가진단에 최적화된 효소 반응 온도 및 인큐베이션 시간을 순환전압(Cyclic Voltammetry, CV)법 및 시간대전류(Chronoamperometry, CA)법을 통해 결정하여 그 온도 및 시간에 따라 시료 내 목적 물질의 농도를 측정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring the concentration of a target substance in a sample using an electrochemical sensor for site self-diagnosis, and more particularly, to a method for measuring an enzyme reaction temperature and an incubation time optimized for a site self-diagnosis using a cyclic voltammetry (CV) And a method for measuring the concentration of the target substance in the sample according to the temperature and time.

현장 자가진단이란, 종래 병원에 가야만 진단 가능하던 질병을 전문 의료인력의 도움 없이도 현장(환자가 있는 곳)에서 빠르게 환자 스스로 검사하는 것을 의미한다. 질병의 진단 및 예후, 건강 상태 판정, 질병 치료효과 판정, 예방 등의 목적을 위하여, 인체로부터 채취된 소량의 시료를 사용하여 검사가 가능하다. On-site self-diagnosis means that patients who have been diagnosed before they have to go to the hospital are examined by the patient themselves on the spot (where the patient is present) without the help of specialized medical personnel. For the purposes of diagnosis and prognosis of disease, determination of health condition, judgment of treatment effect of disease, prevention, etc., it is possible to test using a small amount of sample collected from human body.

이러한 현장 자가진단을 위하여, 시료 내 목적 물질의 화학적 반응으로부터 전기적 신호를 측정하여 시료 내 목적 물질의 농도를 계산하는 전기화학센서 혹은 바이오센서가 많이 연구되고 있다. 최근에는 작동 전극 상에서의 목적 물질의 산화/환원 전극 반응에 의해 발생되는 전자의 이동, 즉 전류를 측정함으로써 목적 물질의 시료 내 농도를 계산하는 전기화학센서의 연구가 많이 진행되고 있다. 특히, 최근 현장 자가진단용 전기화학센서에 대하여 저비용, 간편성, 및 소형화 용이성 등이 요구됨에 따라, 센서의 사이즈를 소형화하여 휴대가 용이하게 함과 동시에 우수한 센싱 민감도를 갖는 전기화학센서에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.For such field self-diagnosis, many electrochemical sensors or biosensors have been researched which measure the electrical signals from the chemical reaction of the target substance in the sample and calculate the concentration of the target substance in the sample. In recent years, there have been many studies on electrochemical sensors that calculate the concentration of a target substance in a sample by measuring the movement of an electron generated by an oxidation / reduction electrode reaction of a target material on a working electrode, that is, an electric current. In particular, recently, there is a demand for an electrochemical sensor for on-site self-diagnosis at low cost, simplicity, and ease of miniaturization. Therefore, researches on an electrochemical sensor having a sensor having a small size and easy portability and excellent sensitivity It is progressing.

한편, 전기화학센서의 측정 대상으로서 면역 관련 물질(예컨대 항원 또는 항체)은 전기전도도가 매우 낮고, 전기화학적 반응성도 낮다. 이러한 면역 관련 물질과 더불어 산화 환원 기능이 없는 목적 물질의 경우에는 상기와 같은 산화/환원 전극 반응을 통한 분석이 어렵다는 문제점을 지닌다. 이에, 상기와 같은 목적 물질의 농도 측정을 위해서는 상기 목적 물질을 전기화학적으로 활성화 시킬 수 있는 표지 인자의 도입이 필수적이다. 상기 표지 인자로는 상기 목적 물질과 반응하여 전기화학적으로 활성도가 높은 생산물을 생산할 수 있는 효소가 일반적으로 많이 사용되고 있다. On the other hand, an immuno-related substance (for example, an antigen or an antibody) as an object to be measured by an electrochemical sensor has a very low electrical conductivity and a low electrochemical reactivity. In the case of a target substance having no redox function in addition to such immuno-related substances, it is difficult to perform the analysis through the oxidation / reduction electrode reaction as described above. In order to measure the concentration of the target substance, introduction of a marker capable of electrochemically activating the target substance is necessary. As such a marker, an enzyme capable of reacting with the target substance to produce a product having high electrochemical activity is generally used.

다만, 이러한 효소들은 각각 상이한 최적 활성 조건을 가진다. 온도 증가에 따라 운동 에너지의 증가로 인해 일반적으로 활성이 증가하는 촉매와 달리, 효소의 경우, 최대로 활성화되기 위한 최적의 온도가 존재한다. 효소의 활성도는 전기화학센서의 민감도에 비례하는바, 센서의 민감도를 고려할 때 효소의 활성도가 최대가 되는 온도에서 측정을 하는 것이 가장 바람직하다. 그러나 현장 자가진단용이라는 목적에 있어서, 시료의 온도를 최대 활성 온도까지 조절하는 것은 시간적, 비용적 측면에서 바람직하지 못하다.However, these enzymes each have different optimal activity conditions. Unlike catalysts, which generally increase activity with increasing kinetic energy as the temperature increases, there is an optimal temperature for the enzyme to be maximally activated. The activity of the enzyme is proportional to the sensitivity of the electrochemical sensor. When the sensitivity of the sensor is taken into consideration, it is most preferable to perform the measurement at a temperature at which the activity of the enzyme becomes maximum. However, for the purpose of site self-diagnosis, adjusting the sample temperature to the maximum active temperature is not preferable in view of time and cost.

또한, 전기화학센서에 의한 센싱을 위해서는 상기 효소에 의해 생성되는 전기화학 활성도가 높은 시료 및 효소의 반응 생성물이 일정 농도에 도달하여야 할 것인바, 시료와 효소의 인큐베이션 시간도 센싱 민감도에 영향을 미치는 중요한 요소이다. 이러한 인큐베이션 시간도 현장 자가진단용이라는 목적에 있어서, 상기 작동 전극 상에 효소 반응 생성물의 농도가 포화 상태에 도달할 때까지 긴 인큐베이션 시간을 갖는 것은 시간적 측면에서 바람직하지 못하다.In addition, for the sensing by the electrochemical sensor, the reaction products of the samples and enzymes having high electrochemical activity generated by the enzyme must reach a certain concentration, and the incubation time of the sample and the enzyme also affects the sensitivity of the sensing It is an important factor. For the purpose that the incubation time is also for the field self-diagnosis, it is not preferable in terms of time to have a long incubation time until the concentration of the enzyme reaction product on the working electrode reaches the saturated state.

현재까지 현장 자가진단의 목적에 부합하면서 우수한 센싱 민감도를 가질 수 있는 효소의 반응 온도 조건 및 효소의 인큐베이션 시간 조건을 결정할 수 있는 전기 화학적 방법에 관한 선행 문헌은 존재하지 않는다.There is no prior literature on the electrochemical methods that can determine the reaction temperature conditions of the enzyme and the incubation time conditions of the enzyme which can meet the purpose of the site self-diagnosis and have excellent sensing sensitivity.

예를 들어, 선행 특허 KR 10-1740098 B1은 알도오스 당 탈수소효소를 포함하는 바이오연료 전지에 관한 것으로서, 알도오스 당 탈수소효소의 활성은 반응 온도에 따르 크게 변화되므로, 이에 따른 차이를 확인하기 위해 25℃ 및 75℃에서의 순환전압법 곡선을 비교한다. 그러나 이는 단순히 보다 높은 온도에서 활성을 갖는 알도오스 당 탈수소효소에 대하여 75℃에서 더 높은 활성을 가짐을 보여준 것에 불과할 뿐, 현장 자가진단을 고려한 바람직한 효소 반응 온도 조건에 대해서는 교시하지 않는다.For example, the prior art KR 10-1740098 B1 relates to a biofuel cell comprising an aldose saccharide dehydrogenase, wherein the activity of the aldehyde dehydrogenase is greatly changed according to the reaction temperature, Compare the cyclic voltammetry curves at 25 ° C and 75 ° C. However, this is merely a demonstration of higher activity at 75 ° C for aldose dehydrogenase, which has activity at higher temperatures, and does not teach desirable enzyme reaction temperature conditions for site self-diagnosis.

또한, 선행 특허 US 6413411 B1은 체액으로부터 생물학적으로 중요한 화합물의 정량을 결정하기 위한, 새로운 일회용 전기분석 셀을 이용한 전류 측정 분석 방법에 관한 것으로서, 글루코스에 대한 특정 인큐베이션 시간을 제시하나, 이는 단순히 효소 생성물이 최대로 포화될 수 있는 충분한 시간을 제시하는 것일뿐, 현장 자가진단을 고려한 바람직한 인큐베이션 시간 조건에 대해서는 교시하지 않는다.The prior patent US 6413411 B1 also relates to a current measurement analysis method using a new disposable electroanalytic cell for determining the quantitation of biologically important compounds from body fluids, which suggests a specific incubation time for glucose, This is only a sufficient time to saturate to the maximum, and does not teach the optimal incubation time conditions for site self-diagnosis.

따라서, 본 개시의 관점은 현장 자가진단의 목적에 부합하면서 우수한 센싱 민감도를 가질 수 있는 효소 반응 온도 및 인큐베이션 시간을 목적 물질 및 효소별로 결정하여, 그 온도 및 시간에 따라 시료 내 목적 물질의 농도를 전기화학센서를 이용하여 측정하는 방법을 제공하는데 있다.Therefore, from the viewpoint of the present disclosure, the enzyme reaction temperature and the incubation time, which meet the purpose of the field self-diagnosis and have excellent sensitivity, are determined for each target substance and enzyme, and the concentration of the target substance in the sample And a method of measuring by using an electrochemical sensor.

본 개시의 제1 관점을 달성하기 위한 현장 자가진단용 전기화학센서를 이용한 시료 내 목적 물질의 농도를 측정하는 방법으로서, 상기 센서는 작동 전극의 표면 상에 고정되는 효소를 포함하며, 시료의 온도를 하기의 방법으로 결정되는 일정 온도(T)로 제어하는 단계; 상기 시료 내에 작동 전극을 일정 시간(t) 이상 침지하는 단계; 상기 침지된 작동 전극에 산화환원 전압을 인가하는 단계; 및 상기 전압에 대응하여 측정되는 전류값으로부터 시료 내 목적 물질의 농도를 계산하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 일정 온도(T)는, (i) 목적 물질이 포함된 시료 및 상기 목적 물질과 반응하는 효소가 고정된 작동 전극을 포함하는 전기화학 센서를 준비하는 단계; (ii) 상기 작동 전극을 10℃≤T1,T2,...,Tn≤100℃인 상이한 온도(T1,T2,...,Tn)로 조절된 시료에 침지한 후, 순환전압(Cyclic Voltammetry, CV)법을 통해 각각의 온도에서 전압에 대한 전류값을 측정하는 단계; (iii) 상기 측정된 전류값 중 최대값인 최대 전류값(Imax), 이에 대응하는 전압(VCV)을 결정하는 단계; 및 (iv) 상기 결정된 전압(VCV)과 동일한 전압에서 상기 최대 전류값(Imax)의 90% 이상인 전류값(Icv)를 갖는 온도(T)를 결정하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 결정되는 온도(T)는 │온도(T) - 20│이 최소값을 갖는 온도인 온도 결정 방법으로 결정된다. 본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 일정 시간(t)는, (가) 목적 물질이 포함된 시료 및 상기 목적 물질과 반응하는 효소가 고정된 작동 전극을 포함하는 전기화학 센서를 준비하는 단계; (나) 상기 전극을 15초 ≤t1,t2,...,tm ≤60분인 상이한 시간(t1,t2,...,tm) 동안 시료에 침지한 후, 시간대전류(Chronoamperometry, CA)법을 통해 각각의 침지 시간에 대하여 전압 공급 시간에 대한 전류값을 측정하는 단계; (다) 상기 측정된 시간에 대한 전류값의 데이터를 이용하여 전압이 인가된 후 10초부터 15초까지의 전류값의 적분값을 각각의 침지 시간에 대하여 계산하는 단계; (라) 상기 계산된 적분값들 중 침지 시간이 상기 시간(t) 이상인 경우의 적분값들의 변동 계수가 2% 이내인 최소 시간(t)을 결정하는 단계를 포함하는 침지 시간 결정 방법으로 결정된다.A method for measuring the concentration of a target substance in a sample using an electrochemical sensor for site self-diagnosis to achieve the first aspect of the present disclosure, the sensor comprising an enzyme immobilized on the surface of the working electrode, Controlling at a constant temperature (T) determined by the following method; Immersing the working electrode in the sample for a predetermined time (t) or longer; Applying a redox voltage to the immersed working electrode; And calculating the concentration of the target substance in the sample from the current value measured corresponding to the voltage, wherein the predetermined temperature (T) is a temperature of the sample, wherein (i) the sample containing the target substance and Preparing an electrochemical sensor including an enzyme-immobilized working electrode; (ii) after immersing the working electrode in the sample adjusted to 10 ℃ ≤T 1, T 2, ..., T n of different temperatures (T 1, T 2, ... , T n) ≤100 ℃ Measuring a current value with respect to a voltage at each temperature through a cyclic voltammetry (CV) method; (iii) determining a maximum current value (I max ), which is a maximum value of the measured current values, and a corresponding voltage (V CV ); And (iv) determining a temperature (T) having a current value (I cv ) that is greater than or equal to 90% of the maximum current value (I max ) at a voltage equal to the determined voltage (V CV ) (T) is determined by the temperature determination method, which is the temperature at which the temperature (T) - 20 | has the minimum value. According to an embodiment of the present disclosure, the predetermined time (t) includes: (a) preparing an electrochemical sensor including a sample containing a target substance and a working electrode to which an enzyme reacting with the target substance is immobilized; (B) the electrode is heated for 15 seconds? T 1 , t 2 , ..., t m (T 1 , t 2 ,..., T m ) of ≤60 min., The current value for the voltage supply time with respect to each immersion time is measured by a time-of-current (Chronoamperometry, CA) Measuring; (C) calculating an integrated value of the current value from 10 seconds to 15 seconds after the voltage is applied using the data of the current value for the measured time for each immersion time; (D) determining a minimum time (t) in which the variation coefficient of the integral values when the immersion time is equal to or greater than the time (t) in the calculated integrated values is within 2% is determined by the immersion time determination method .

본 개시의 일 구체예에 따르면, 시료는 인체로부터 얻어진 체액이다.According to one embodiment of the present disclosure, the sample is a body fluid obtained from a human body.

본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 목적 물질은 항원, 항체, 단백질, 면역 분자, DNA, 및 RNA로 이루어진 군으로 선택되는 1종이다.According to one embodiment of the present disclosure, the target substance is one selected from the group consisting of an antigen, an antibody, a protein, an immunomolecule, DNA, and RNA.

본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 효소는 목적 물질을 산화/환원 반응 가능한 효소 반응 생성물로 전환시킬 수 있는 효소이다.According to one embodiment of the present disclosure, the enzyme is an enzyme capable of converting a target substance into an enzyme reaction product capable of oxidation / reduction reaction.

본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 효소는 HRP(Horseradish peroxidase), ALP(Alkaline phosphatase), 글루코스 옥시다아제(Glucose Oxidase), 루시퍼라이제(luciferase), 베타-디-갈락토시다아제(β-D-galactosidase), 말산탈수소효소(MDH: malate dehydrogenase), 및 아세틸콜린에스터라아제(acetylcholinestrerase)의 군으로부터 선택되는 1종의 효소이다.According to one embodiment of the present disclosure, the enzyme is selected from the group consisting of Horseradish peroxidase (HRP), Alkaline phosphatase (ALP), Glucose Oxidase, Luciferase, Beta-di-Galactosidase -galactosidase, malate dehydrogenase (MDH), and acetylcholinestrerase.

본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 작동 전극은 ITO(Indium Tin Oxide)이다.According to one embodiment of the present disclosure, the working electrode is indium tin oxide (ITO).

본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 효소는 작동 전극의 표면 상에 연결 화합물을 통해 고정된다.According to one embodiment of the disclosure, the enzyme is immobilized on the surface of the working electrode through a linking compound.

본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 n은 3≤ n ≤ 20인 정수이다.According to one embodiment of the present disclosure, n is an integer of 3? N? 20.

본 개시의 일 구체예에 따르면, m은 3≤ m ≤ 15인 정수이다.According to one embodiment of the present disclosure, m is an integer of 3? M? 15.

본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 단계 (나)에서 전압 공급 시간은 40 내지 60초이다.According to one embodiment of the present disclosure, the voltage supply time in step (b) is 40 to 60 seconds.

본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 인가되는 산화환원 전압은 정전압 또는 순환전압이다.According to one embodiment of the present disclosure, the applied redox voltage is a constant voltage or a circulating voltage.

본 개시의 시료 내 목적 물질의 농도를 측정하는 방법을 통해, 효소 반응 온도를 센싱 민감도를 우수하게 유지하면서 상온에 최대한 근사한 온도로 결정하여 측정하는 것이 가능하다. 이를 통해 현장 자가진단용 전기화학센서에 불필요한 온도 컨트롤러를 제거 혹은 최소화할 수 있으므로 비용의 저렴화를 도모하는 것이 가능하다.By measuring the concentration of the target substance in the sample of the present disclosure, it is possible to determine the enzyme reaction temperature at a temperature as close as possible to room temperature while keeping the sensitivity of the enzyme excellent. This makes it possible to eliminate or minimize the unnecessary temperature controller in the electrochemical sensor for on-site self-diagnosis, thereby reducing the cost.

또한, 본 개시의 방법을 통해, 최적의 인큐베이션 시간을 결정하여 전기화학적 측정을 하는 것이 가능해지는바, 우수한 센싱 민감도를 가지면서도 종래의 현장 자가진단용 센서보다 신속한 측정이 가능하다.In addition, through the method of the present disclosure, it becomes possible to determine the optimum incubation time to perform the electrochemical measurement, so that it is possible to measure more rapidly than the conventional field self-diagnosis sensor while having excellent sensing sensitivity.

또한, 종래 시료의 정량 측정에 사용되는 색 변화를 이용한 흡광도 측정 방식이 효소 반응 생성물의 색 변화로 인해 검사 횟수만큼 동일한 시료를 별개로 준비할 필요가 있는 것과 달리, 본 개시의 방법은 전기화학적 방식을 통하여 하나의 용기에 담기 시료를 가지고 연속적인 검사를 할 수 있는바, 보다 신속하고 간편하게 효소별 현장 자가진단에 적합한 효소 반응 온도 및 인큐베이션 시간의 결정이 가능하다.Unlike the method of measuring the absorbance using the color change used in the quantitative measurement of the conventional sample, it is necessary to separately prepare the sample having the same number of times of inspection due to the color change of the enzyme reaction product, It is possible to determine the enzyme reaction temperature and incubation time which are suitable for the self-diagnosis of the enzyme in each case more quickly and easily.

도 1은 본 개시의 일 구체예에 따른 목적 물질의 효소 반응 및 산화환원 반응의 메커니즘이며;
도 2는 본 개시의 일 구체예에 따른 작동 전극 표면 상에 고정된 효소에 관한 개략도이며;
도 3은 본 개시의 일 구체예에 따른 각각의 온도에서 순환전압법에 의해 측정된 시간에 대한 전류값의 그래프이며;
도 4는 본 개시의 일 구체예에 따른 각각의 침지 시간에 대하여 시간대전류법에 의해 측정된 전압 공급 시간에 대한 전류값의 그래프이며;
도 5는 본 개시의 일 구체예에 따른 시간대전류법에 의해 측정된 10 내지 15초 동안의 전류값의 적분값에 관한 그래프이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a mechanism of an enzyme reaction and a redox reaction of a target substance according to one embodiment of the present disclosure; FIG.
Figure 2 is a schematic view of an enzyme immobilized on a working electrode surface according to one embodiment of the present disclosure;
3 is a graph of current values versus time measured by the cyclic voltammetry at each temperature according to one embodiment of the present disclosure;
4 is a graph of current values versus voltage supply times measured by the time zone current method for each immersion time according to one embodiment of the present disclosure;
FIG. 5 is a graph showing an integrated value of a current value for 10 to 15 seconds measured by the time-of-day current method according to one embodiment of the present disclosure; FIG.

본 개시의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이나, 본 개시가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. The objectives, specific advantages, and novel features of the present disclosure will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments, which are to be read in connection with the accompanying drawings, wherein the disclosure is not necessarily limited thereto. In the following description of the present invention, detailed description of known related arts will be omitted when it is determined that the gist of the present disclosure may be unnecessarily obscured.

본 개시는 현장 자가진단용 전기화학센서를 이용한 시료 내 목적 물질의 농도를 측정하는 방법에 관한 것으로서, 상기 센서는 작동 전극의 표면 상에 고정되는 효소를 포함하며, 시료의 온도를 일정 온도(T)로 제어하는 단계; 상기 시료 내에 작동 전극을 일정 시간(t) 이상 침지하는 단계; 상기 침지된 작동 전극에 산화환원 전압을 인가하는 단계; 및 상기 전압에 대응하여 측정되는 전류값으로부터 시료 내 목적 물질의 농도를 계산하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method for measuring the concentration of a target substance in a sample using an electrochemical sensor for on-site self-diagnosis, wherein the sensor includes an enzyme immobilized on the surface of the working electrode, ; Immersing the working electrode in the sample for a predetermined time (t) or longer; Applying a redox voltage to the immersed working electrode; And calculating the concentration of the target substance in the sample from the current value measured corresponding to the voltage.

본 개시에서 측정에 사용되는 시료는 동물로부터 얻어지는 체액일 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 시료는 인체로부터 얻어지는 체액일 수 있다. 여기서 상기 체액은 예컨대 혈액, 배뇨, 타액 등을 의미하며, 상기 예에 한정되지 않고, 분석하고자 하는 목적 물질이 체액 내 존재한다면 이용 가능하다.The sample used in the measurement in this disclosure may be a body fluid obtained from an animal. More specifically, the sample may be a body fluid obtained from a human body. Herein, the body fluid refers to, for example, blood, urine, saliva, and the like, and is not limited to the above example, but can be used if the target substance to be analyzed exists in the body fluid.

본 개시에서 전기화학센서를 이용하여 측정하고자 하는 목적 물질은 항원, 항체, 비타민, 단백질, 면역 분자, DNA, 및 RNA 등일 수 있다. 본 개시의 일 구체예에 따르면 상기 목적 물질은 자체적으로 산화 반응 또는 환원 반응이 불가능한 물질일 수 있다. 이러한 목적 물질을 위해 본 개시의 방법에서는 후술하는 표지 인자의 이용을 수반한다. 상기 목적 물질은 예컨대 아스코르브산-2-포스페이트, 4-아미노페닐 포스페이트일 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다.In the present disclosure, a target substance to be measured using an electrochemical sensor may be an antigen, an antibody, a vitamin, a protein, an immunological molecule, DNA, RNA, and the like. According to one embodiment of the present disclosure, the target material may be a substance that can not undergo an oxidation reaction or a reduction reaction itself. For this purpose, the methods of the present disclosure involve the use of the markers described below. The target substance may be, for example, ascorbic acid-2-phosphate or 4-aminophenyl phosphate, but is not limited thereto.

본 개시에서 사용되는 표지 인자는 효소이며, 상기 효소는 목적 물질을 산화/환원 반응이 가능한 효소 반응 생성물로 전환시킬 수 있는 효소이다. 예를 들어, 상기 효소는 알칼리성 포스파타제(Alkaline phosphatase, ALP), 호스래디시 퍼옥시다제(Horseradish peroxidase, HRP), 글루코스 옥시다제(Glucose Oxidase), 루시퍼라제(luciferase), 베타-디-갈락토시다제(β-D-galactosidase), 말산탈수소효소(malate dehydrogenase, MDH), 아세틸콜린에스터라제(acetylcholinesterase) 등일 수 있다. 특히 바람직하게는 상기 효소는 ALP 또는 HRP일 수 있다. ALP 및 HRP는 매우 민감한 반응성을 갖는 이점이 있으며, 특히 HRP의 경우 저렴하여 비용 측면에서 이점이 있다. 또한, ALP의 경우 약 24 내지 48시간의 긴 시그널 유지 시간을 갖는 점에서 유리한 이점이 있다.The labeling agent used in the present disclosure is an enzyme, and the enzyme is an enzyme capable of converting a target substance into an enzyme reaction product capable of oxidation / reduction reaction. For example, the enzyme may be selected from the group consisting of alkaline phosphatase (ALP), horseradish peroxidase (HRP), glucose oxidase, luciferase, beta-di-galactosidase (? -D-galactosidase), malate dehydrogenase (MDH), acetylcholinesterase, and the like. Particularly preferably, the enzyme may be ALP or HRP. ALP and HRP have the advantages of highly sensitive reactivity, and in particular, HRP is inexpensive and has an advantage in terms of cost. There is also an advantage in that ALP has a long signal retention time of about 24 to 48 hours.

예시적으로, 상기 ALP에 의한 효소 반응 및 효소 반응 생성물의 산화환원 반응에 대한 메커니즘이 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 목적 물질인 아스코르브산-2-포스페이트(ascorbic acid-2-phosphate, AAP)는 ALP에 의해 포스페이트 작용기가 분리되어 효소 반응 생성물로서 아스코르브산(AA)으로 전환된다. 상기 아스코르브산은 산화 전압에 의해서 탈수소 아스코르브산염(dehydroascorbate)로 산화된다. 상기 산화 반응시 발생하는 전기적 신호, 즉 전자에 의해 전기화학센서는 시료 내 목적 물질의 정량 측정이 가능하다. 도 1에서, 농도를 측정하고자 하는 목적 물질인 아스코르브산-2-포스페이트 자체는 전압에 의한 산화환원 반응이 불가능하기 때문에 ALP를 이용하여 산화환원 반응이 가능한 아스코르브산으로 전환하는 효소 반응 공정이 수반된다.Illustratively, the mechanism of the enzyme reaction by the ALP and the redox reaction of the enzyme reaction product is shown in FIG. Referring to FIG. 1, ascorbic acid-2-phosphate (AAP), which is a target substance, is converted to ascorbic acid (AA) as an enzyme reaction product by separating phosphate functions by ALP. The ascorbic acid is oxidized to dehydroascorbate by oxidation voltage. The electrochemical sensor can quantitatively measure a target substance in a sample by an electrical signal generated during the oxidation reaction, that is, by electrons. In FIG. 1, ascorbic acid-2-phosphate itself, which is a target substance to be measured for concentration, is accompanied by an enzyme reaction process in which ALP is converted into ascorbic acid capable of oxidation-reduction reaction because oxidation- .

본 개시에서 사용되는 작동 전극은 작동 전극 상에 효소의 고정이 가능하고, 효소 반응 생성물에 전류를 흐르게 할 수 있다면 그 종류에 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 작동 전극은 수은 전극, 아말감 전극, Pt, Au, Pd, Rh 전극과 같은 귀금속 전극, 열분해 흑연(pyrolytic graphite) 전극, 유리 탄소(glassy carbon) 전극, 탄소 페이스트 전극, 탄소 섬유 전극과 같은 탄소 전극, 인듐 산화 주석(Indium tin oxide, ITO) 전극 등일 수 있다. 바람직하게는, 상기 작동 전극은 ITO 전극일 수 있다. 특히, ITO 전극의 경우 바이오 센서에 적용 시, 노이즈 신호를 줄일 수 있고 별도의 점착층 없이도 유기 기판 상에 ITO 박막이 침적된 기판을 그대로 사용할 수 있는 장점이 있다. 상기 ITO 기판은 디스플레이 산업 등에서 대형 기판 상에 높고 안정적인 전기전도성 특성을 갖는 박막 기판 제조 공정을 동일하게 활용할 수 있으므로, 매우 저렴하게 전극으로 제작이 가능하다는 이점을 갖는다.The working electrode used in the present disclosure is not particularly limited as long as the enzyme can be immobilized on the working electrode and current can flow through the enzyme reaction product. For example, the working electrode may be a mercury electrode, an amalgam electrode, a noble metal electrode such as a Pt, Au, Pd or Rh electrode, a pyrolytic graphite electrode, a glassy carbon electrode, A carbon electrode such as indium tin oxide (ITO) electrode, or the like. Preferably, the working electrode may be an ITO electrode. In particular, when the ITO electrode is applied to a biosensor, a noise signal can be reduced, and a substrate on which an ITO thin film is deposited on an organic substrate can be used without a separate adhesive layer. Since the ITO substrate can utilize the thin film substrate manufacturing process having a high and stable electric conductivity characteristic on a large substrate in the display industry or the like, the ITO substrate has an advantage that the electrode can be manufactured at a very low cost.

본 개시에서 상기 효소는 작동 전극 상에 고정된다. 본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 효소는 연결 화합물을 통하여 작동 전극 상에 고정될 수 있다. 여기서 연결 화합물이란 작동 전극 및 효소를 연결하는 화합물을 의미한다. 상기 연결 화합물로서 생화학적 반응 결합물인 비오틴-아비딘 또는 비오틴-스트렙타비딘(streptavidin)이 이용될 수 있다. 또한, 화학적 공유 결합물로서, 단백질의 프라이머리 아민과 결합하는 카보디이미드(carbodiimide) 가교제 또는 석신이미드(succinimide) 가교제가 이용될 수 있다. 바람직하게는 비오틴-아비딘 결합 화합물이 이용될 수 있다. 화학적 공유결합을 이용하여 효소를 고정하는 방법의 경우, 고정화되는 효소의 방향성의 무작위성이 존재하지만, 비오틴-아비딘 결합 화합물을 이용하는 경우, 고정화되는 효소의 바인딩 사이트의 표면적 표출 방향성의 제어가 용이하여, 표면 상에 효소의 적절한 방향성 제어로 효소의 바인딩 사이트의 표면적 표출을 극대화할 수 있고, 이를 통해 시료 내 목적 물질의 검출 능력을 극대화시킬 수 있다. In the present disclosure, the enzyme is immobilized on the working electrode. According to one embodiment of the present disclosure, the enzyme may be immobilized on the working electrode through a linking compound. Here, the term " linking compound " refers to a compound that links a working electrode and an enzyme. Biotin-avidin or biotin-streptavidin, which is a biochemical reactive compound, may be used as the linking compound. Also, as the chemical covalent bond, a carbodiimide crosslinking agent or a succinimide crosslinking agent which binds to the primary amine of the protein can be used. Preferably, a biotin-avidin binding compound can be used. In the case of using a chemical covalent bond, there is a randomness of the orientation of the enzyme to be immobilized. However, in the case of using the biotin-avidin binding compound, the control of the surface orientation direction of the binding site of the immobilized enzyme is easy, By appropriately controlling the direction of the enzyme on the surface, it is possible to maximize the expression of the surface area of the binding site of the enzyme, thereby maximizing the detection ability of the target substance in the sample.

도 2는 본 개시의 일 구체예에 따른 작동 전극의 플랫폼의 개략적인 이미지이며, ITO 전극 상에 비오틴-아비딘의 결합을 통해 ALP가 고정되는 것을 도시한다. Figure 2 is a schematic image of a platform of a working electrode according to one embodiment of the present disclosure showing the ALP immobilized through the binding of biotin-avidin on the ITO electrode.

본 개시에서 전기화학센서를 이용한 시료 검사 시에 시료의 온도는 일정 온도(T)로 제어될 수 있다. 상기 일정 온도(T)는 하기의 방법에 의해 결정될 수 있다:In the present disclosure, the temperature of the sample can be controlled at a constant temperature (T) during the sample inspection using the electrochemical sensor. The constant temperature (T) can be determined by the following method:

온도(T) 결정 방법으로서,As a method of determining the temperature (T)

(i) 목적 물질이 포함된 시료 및 상기 목적 물질과 반응하는 효소가 고정된 작동 전극을 포함하는 전기화학 센서를 준비하는 단계;(i) preparing an electrochemical sensor including a working electrode to which a sample containing a target substance and an enzyme reactive with the target substance are immobilized;

(ii) 상기 작동 전극을 10℃≤T1,T2,...,Tn≤100℃인 상이한 온도(T1,T2,...,Tn)로 조절된 시료에 침지한 후, 순환전압(Cyclic Voltammetry, CV)법을 통해 각각의 온도에서 전압에 대한 전류값을 측정하는 단계;(ii) after immersing the working electrode in the sample adjusted to 10 ℃ ≤T 1, T 2, ..., T n of different temperatures (T 1, T 2, ... , T n) ≤100 ℃ Measuring a current value with respect to a voltage at each temperature through a cyclic voltammetry (CV) method;

(iii) 상기 전류값 중 최대값인 최대 전류값(Imax), 이에 대응하는 전압(VCV)을 결정하는 단계; 및(iii) determining a maximum current value (I max ), which is the maximum value of the current values, and a corresponding voltage (V CV ); And

(iv) 상기 결정된 전압(VCV)과 동일한 전압에서 상기 최대 전류값(Imax)의 90% 이상인 전류값(Icv)를 갖는 온도(T)를 결정하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 결정되는 온도(T)는 │온도(T) - 20│이 최소값을 갖는 온도이다.(iv) determining a temperature (T) having a current value (I cv ) that is at least 90% of the maximum current value (I max ) at the same voltage as the determined voltage (V CV ) The temperature (T) is the temperature at which the temperature (T) - 20 | has the minimum value.

본 발명의 일 구체예에 따르면 상기 일정 온도(T)의 결정은 현장 자가진단용 전기화학센서를 이용하여 목적 물질의 시료 내 농도를 측정하는 것과 별개로, 우선적으로 수행될 수 있다. 상기 일정 온도(T)의 결정은 다양한 온도 상에서의 복수의 측정이 요구되는바, 신속한 진단이 요구되는 현장보다는 실험실에서 수행되는 것이 바람직하다.According to one embodiment of the present invention, the determination of the predetermined temperature (T) can be performed preferentially, apart from measuring the concentration of the target substance in the sample using the electrochemical sensor for on-site self-diagnosis. Since the determination of the constant temperature T requires a plurality of measurements at various temperatures, it is preferable that the determination is performed in a laboratory rather than a site requiring rapid diagnosis.

먼저, 목적 물질을 선정하여, 상기 목적 물질을 포함하는 시료를 준비하고, 상기 목적 물질과 반응하여 산화환원 가능한 반응 생성물을 생성할 수 있는 효소를 고정한 작동 전극을 갖는 전기화학센서를 준비한다. 상기 목적 물질, 시료, 및 효소에 대해서는 전술한 본 개시의 구체예들이 적용 가능하나, 이에 한정되지는 않는다.First, an electrochemical sensor having a working electrode is prepared by selecting a target material, preparing a sample containing the target material, and fixing an enzyme capable of reacting with the target material to generate a redox reaction product. For the target substance, sample, and enzyme, the embodiments of the present disclosure described above are applicable, but are not limited thereto.

이어서, 상기 시료를 상이한 온도(T1,T2,...,Tn)로 조절한 뒤, 상기 시료 내에 작동 전극을 침지한다. 상기 침지는 시료 및 효소의 인큐베이션을 위해 수행된다. 본 개시의 일정 온도(T)의 결정을 위하여 상기 침지는 동일한 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.Subsequently, the sample is adjusted to different temperatures (T 1 , T 2 , ..., T n ), and then the working electrode is immersed in the sample. The immersion is performed for incubation of the sample and the enzyme. For the determination of the constant temperature (T) of the present disclosure, the immersion is preferably carried out for the same period of time.

본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 상이한 온도들은 Tn -1 < Tn일 수 있다. 여기서 Tn은 Tn -1에서의 전류 측정 이후 그 다음 전류 측정이 수행되는 온도이다. 본 개시의 다른 구체예에 따르면, Tn -o-1 < Tn < Tn - o일 수 있다. 여기서 o는 1 ≤ o ≤ n-2인 정수이다. According to one embodiment of the present disclosure, the different temperatures may be T n -1 < T n . Where T n is the temperature at which the next current measurement is performed after the current measurement at T n -1 . According to another embodiment of the disclosure, T n -o-1 <T n <T n - may be a o. Where o is an integer of 1 ≤ o ≤ n-2.

본 개시의 일 구체예에 따르면, Tn-Tn -1은 일정할 수 있다. 이 때 상기 Tn-Tn -1은 10℃, 보다 바람직하게는 5℃ 이하인 것이 일정 온도(T) 결정의 정밀도의 관점에서 바람직하다. 본 개시의 다른 구체예에 따르면, Tn-Tn -1은 상이할 수 있다. 상기 온도별 측정을 진행하는 과정에서 앞서 측정된 Tn -m-1 및 Tn - m사이에서 높은 전류값의 측정이 예상될 수 있는바, 이 경우, 보다 최적화되는 일정 온도(T)의 결정을 위해서는 Tn-Tn-1은 상이할 수 있다. According to one embodiment of the present disclosure, T n -T n -1 may be constant. At this time, it is preferable that the above-mentioned T n -T n -1 is 10 ° C, more preferably 5 ° C or less from the viewpoint of accuracy of the constant temperature (T) crystal. According to another embodiment of the present disclosure, T n -T n -1 may be different. Determining a constant temperature (T) is a bar in the measurement of high current between the m may be estimated, in which case, optimization than - previously measured while going through the above-Temperature measurement T -m n-1 and T n Lt; RTI ID = 0.0 & gt; Tn - Tn -1 &lt; / RTI &gt;

본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 상이한 온도(T1,T2,...,Tn)는 10℃≤ T1,T2,...,Tn ≤100℃일 수 있고, 여기서 n은 3≤n≤20인 정수이다. 바람직하게 상기 n은 4≤n≤15, 보다 바람직하게는 5≤n≤10일 수 있다. 상기 n이 3 미만인 경우, 최대 전류값(Imax)에 대한 신뢰도가 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. 반면, n이 20을 초과하는 경우, 과도한 반복 측정으로 인한 시간적, 비용적 문제가 발생할 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the different temperatures T 1 , T 2 , ..., T n may be 10 ° C ≤ T 1 , T 2 , ..., T n ≤ 100 ° C, n is an integer of 3? n? 20. Preferably, n is 4? N? 15, more preferably 5? N? 10. If n is less than 3, a problem may occur that the reliability against the maximum current value I max is lowered. On the other hand, if n exceeds 20, time and cost problems due to excessive repetitive measurement may occur.

상기 상이한 온도에서 시료 내에 침지된 작동 전극은 순환전압법을 통해 각각의 온도에서 전압에 대한 전류값이 측정될 수 있다. 순환전압법이란 작동 전극의 전압을 일정 속도로 순환시켜 전류를 측정하는 방법으로서, 이를 통해, 도 3과 같은 순환전압전류 곡선을 얻을 수 있다. 순환전압법을 통해 전극 표면상에서 발생하는 산화환원 반응을 파악할 수 있다. 순환전압법에 있어서 초기 전압 및 역전전압은 전극의 산화환원 신호를 관찰 가능하도록 효소별로 적절하게 설정될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 예컨대 ALP에 의해 생성된 AA의 산화환원 반응을 파악하기 위하여 0 내지 0.6 V의 전압이 설정될 수 있다.The working electrode immersed in the sample at the different temperature can be measured for the voltage at each temperature through the circulating voltage method. The circulating voltage method is a method of measuring the current by circulating the voltage of the working electrode at a constant rate, thereby obtaining a cyclic voltage / current curve as shown in FIG. The redox reaction occurring on the electrode surface can be grasped by the cyclic voltammetry. In the cyclic voltammetry, the initial voltage and the reverse voltage can be appropriately set for each enzyme so that the redox signal of the electrode can be observed. As shown in FIG. 3, a voltage of 0 to 0.6 V can be set to grasp the redox reaction of AA produced by ALP, for example.

종래 목적 물질의 정량은 주로 목적 물질 또는 효소 반응 생성물이 산화될 때의 색의 변화를 가져오는 색소원을 이용하여 색의 변화 정도를 광도계를 사용하여 빛의 반사도 또는 투과도를 측정하여 정량하였다. 이 경우 정량 횟수만큼 동일한 시료를 별개로 준비할 필요가 있다는 문제가 존재한다. 이와 달리, 본 개시에서 이용하는 순환전압법을 사용하는 경우, 하나의 용기에 담기 시료를 가지고 연속적인 정량을 할 수 있는바, 보다 신속하고 간편하게 효소별 현장 자가진단에 적합한 효소 반응의 일정 온도(T)를 결정하는 것이 가능하다. 한편, 이러한 순환전압법을 이용하여 현장 자가진단에 적합한 효소 반응 온도를 결정하는 방법에 대하여는 본 개시의 출원 전에 개시된 바가 없는 것으로 확인되었다.Conventionally, quantitative determination of a target substance is mainly performed by measuring the reflectance or transmittance of light using a photometer using a dye source that changes color when a target substance or an enzyme reaction product is oxidized. In this case, there is a problem that it is necessary to separately prepare the same samples as the number of quantification times. On the contrary, when the cyclic voltammetry used in the present disclosure is used, it is possible to carry out continuous quantification with the sample to be loaded in one container, so that the constant temperature (T ) Can be determined. On the other hand, it has been confirmed that the method for determining the enzyme reaction temperature suitable for the field self-diagnosis using this cyclic voltammetry has not been disclosed before the filing of this disclosure.

상기 순환전압법을 통하여 각각의 온도에서 전압에 대한 전류값을 측정함으로써, 이 데이터를 통해 효소의 최대 전류값(Imax)를 결정할 수 있다. 상기 최대 전류값(Imax)은 상이한 온도에서의 모든 측정 결과에 대하여 측정된 가장 높은 전류값을 의미한다. 가장 많은 효소 반응 생성물의 생성은 가장 높은 전류값을 의미하는바, 상기 최대 전류값(Imax)을 통해 효소가 가장 많이 활성화될 수 있는 최대 활성 온도를 특정하는 것이 가능하다. The maximum current value (I max ) of the enzyme can be determined by measuring the current value with respect to the voltage at each temperature through the circulating voltage method. The maximum current value I max means the highest current value measured for all measurement results at different temperatures. The generation of the most enzyme reaction product means the highest current value, and it is possible to specify the maximum activation temperature at which the enzyme can be most activated through the maximum current value I max .

또한, 상기 최대 전류값(Imax)이 결정될 때 인가된 전압(VCV)도 함께 특정될 수 있다. 상기 측정된 데이터로부터 특정 온도에서 상기 전압(VCV)과 동일한 전압을 인가한 경우의 전류값과 상기 최대 전류값(Imax)을 비교하는 것이 가능하다. 이에, 상기 전압(VCV)에서의 전류값(ICV)이 상기 최대 전류값(Imax)의 90% 이상, 바람직하게는 92% 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상, 가장 바람직하게는 99% 이상인 온도(T)를 결정할 수 있다. 이와 동시에, 상기 온도(T)는 현장 자가진단의 목적에 부합하기 위하여, 상온에 가장 근사한 온도일 것이 요구되는바, │온도(T)-20│이 최소값을 갖는 온도이다. 상기 전류값(ICV)이 최대 전류값(Imax)의 90% 미만인 경우, 온도는 상온에 보다 근사할 수 있으나, 센싱 민감도의 성능이 감소하는 문제가 발생할 수 있고, 이로 인해 소량의 시료만을 대상으로 시료 내 목적 물질의 농도를 측정하는 과정에서 정밀도가 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.Further, the voltage (V CV ) applied when the maximum current value (I max ) is determined can also be specified together. It is possible to compare the current value when the voltage equal to the voltage (V CV ) is applied at the specific temperature from the measured data to the maximum current value (I max ). Accordingly, the current value I CV at the voltage V CV is 90% or more, preferably 92% or more, more preferably 95% or more, and most preferably 99% or more of the maximum current value I max . (%) &Lt; / RTI &gt; At the same time, the temperature (T) is the temperature at which the temperature (T) -20 is the minimum value, which is required to be nearest to the room temperature in order to meet the purpose of the on-site self-diagnosis. If the current value I CV is less than 90% of the maximum current value I max , the temperature may be more approximate to room temperature, but the performance of the sensing sensitivity may be reduced. As a result, The accuracy may be lowered in the process of measuring the concentration of the target substance in the sample.

한편, 본 개시에서 전기화학센서를 이용한 시료 검사 시에 작동 전극은 시료 내에 일정 시간(t) 동안 인큐베이션 또는 침지될 수 있다. 상기 일정 시간(t)은 하기의 방법에 의해 결정될 수 있다:On the other hand, in the present disclosure, at the time of sample inspection using an electrochemical sensor, the working electrode can be incubated or immersed in the sample for a predetermined time (t). The predetermined time t may be determined by the following method:

침지 시간(t) 결정 방법으로서,As a method of determining the immersion time (t)

(가) 목적 물질이 포함된 시료 및 상기 목적 물질과 반응하는 효소가 고정된 작동 전극을 포함하는 전기화학 센서를 준비하는 단계;(A) preparing an electrochemical sensor including a sample containing a target substance and a working electrode to which an enzyme reacting with the target substance is immobilized;

(나) 상기 전극을 5초 ≤t1,t2,...,tm ≤60분인 상이한 시간(t1,t2,...,tm) 동안 시료에 침지한 후, 시간대전류(Chronoamperometry, CA)법을 통해 각각의 침지 시간에 대하여 전압 공급 시간에 대한 전류값을 측정하는 단계;(B) The electrode is heated for 5 seconds? T 1 , t 2 , ..., t m (T 1 , t 2 ,..., T m ) of ≤60 min., The current value for the voltage supply time with respect to each immersion time is measured by a time-of-current (Chronoamperometry, CA) Measuring;

(다) 상기 측정된 시간에 대한 전류값의 데이터를 이용하여 전압이 인가된 후 10초부터 15초까지의 전류값의 적분값을 각각의 침지 시간에 대하여 계산하는 단계;(C) calculating an integrated value of the current value from 10 seconds to 15 seconds after the voltage is applied using the data of the current value for the measured time for each immersion time;

(라) 상기 계산된 적분값들 중 침지 시간이 상기 시간(t) 이상인 경우의 적분값들의 변동 계수가 2% 이내인 최소 시간(t)을 결정하는 단계를 포함한다.(D) determining a minimum time (t) within which the coefficient of variation of the integral values when the immersion time is equal to or greater than the time (t) among the calculated integrated values is within 2%.

본 발명의 일 구체예에 따르면 상기 일정 시간(t)의 결정은 현장 자가진단용 전기화학센서를 이용하여 목적 물질의 시료 내 농도를 측정하는 것과 별개로, 우선적으로 수행될 수 있다. 상기 일정 시간(t)의 결정은 다양한 침지 시간에서의 복수의 측정이 요구되는바, 신속한 진단이 요구되는 현장보다는 실험실에서 수행되는 것이 바람직하다.According to one embodiment of the present invention, the determination of the predetermined time t may be performed preferentially, separately from the measurement of the concentration of the target substance in the sample using the electrochemical sensor for site self-diagnosis. Since the determination of the predetermined time t requires a plurality of measurements at various immersion times, it is preferable that the determination is performed in a laboratory rather than a site requiring rapid diagnosis.

먼저, 목적 물질을 선정하여, 상기 목적 물질을 포함하는 시료를 준비하고, 상기 목적 물질과 반응하여 산화환원 가능한 반응 생성물을 생성할 수 있는 효소를 고정한 작동 전극을 갖는 전기화학센서를 준비한다. 상기 목적 물질, 시료, 및 효소에 대해서는 전술한 본 개시의 구체예들이 적용 가능하나, 이에 한정되지는 않는다.First, an electrochemical sensor having a working electrode is prepared by selecting a target material, preparing a sample containing the target material, and fixing an enzyme capable of reacting with the target material to generate a redox reaction product. For the target substance, sample, and enzyme, the embodiments of the present disclosure described above are applicable, but are not limited thereto.

이어서, 상기 작동 전극을 상이한 시간(t1,t2,...,tm) 동안 시료 내에 침지한다. 본 개시의 일정 침지 시간(t)의 결정을 위하여 상기 시료의 온도는 동일한 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 온도는 전술한 일정 온도(T)를 결정 방법에 의해 결정된 온도일 수 있다.Then, the immersed in the sample during the working electrode a different time (t 1, t 2, ... , t m). For determination of the constant immersion time (t) of the present disclosure, the temperature of the sample is preferably carried out at the same temperature. According to one embodiment of the present disclosure, the temperature may be a temperature determined by the determination method at a predetermined temperature (T) described above.

본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 상이한 시간들은 tm -1 < tm일 수 있다. 여기서 tm은 tm -1에서의 전류 측정 이후 그 다음 전류 측정을 하는 작동 전극이 침지되는 시간이다. 본 개시의 다른 구체예에 따르면, tm -p-1 < tm < tm - p일 수 있다. 여기서 p는 1 ≤ p ≤ m-2인 정수이다. According to one embodiment of the present disclosure, the different times may be t m -1 < t m . Where t m is the time at which the working electrode for the next current measurement is immersed after the current measurement at t m -1 . According to another embodiment of the present disclosure, t m -p-1 <t m <t m - may be a p. Here, p is an integer satisfying 1? P? M-2.

본 개시의 일 구체예에 따르면, tm-tm -1은 일정할 수 있다. 이 때 상기 tm-tm -1은 2분, 바람직하게는 1분, 보다 바람직하게는 30초 이하인 것이 일정 시간(t) 결정의 정밀도의 관점에서 바람직하다. 본 개시의 다른 구체예에 따르면, tm-tm -1은 상이할 수 있다. 상기 침지 시간에 따른 측정을 진행하는 과정에서 앞서 측정된 tm -p-1 및 tm -p 사이에서 최적의 침지 시간이 존재할 수 있는바, 이와 같은 경우에 일정 시간(t)의 결정을 위하여 tm-tm-1은 상이할 수 있다. According to one embodiment of the disclosure, t m -t m -1 may be constant. At this time, the t m -t m -1 to 2 minutes, preferably 1 minute, more preferably preferably from the point of view of accuracy of the crystal is not more than 30 seconds a predetermined time (t). According to another embodiment of the present disclosure, t m -t m -1 may be different. In the course of the measurement according to the immersion time, there may be an optimal immersion time between the previously measured t m -p-1 and t m -p . In this case, in order to determine a certain time (t) t m -t m-1 may be different.

본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 상이한 시간(t1,t2,...,tm)는 15초≤ t1,t2,...,tm ≤60분일 수 있고, 여기서 m은 3≤m≤15인 정수이다. 바람직하게 상기 m은 4≤m≤12, 보다 바람직하게는 5≤m≤10일 수 있다. 상기 m이 3 미만인 경우, 변동 계수에 대한 신뢰도가 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. 반면, m이 15를 초과하는 경우, 과도한 반복 측정으로 인한 시간적, 비용적 문제가 발생할 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, the different times t 1 , t 2 , ..., t m may be 15 seconds t 1 , t 2 , ..., t m 60 minutes, where m Is an integer of 3? M? 15. Preferably, m is 4? M? 12, more preferably 5? M? 10. If m is less than 3, the reliability of the coefficient of variation may be lowered. On the other hand, if m exceeds 15, temporal and cost problems due to excessive repetitive measurement may occur.

상기 상이한 시간 동안 침지된 작동 전극에서 각각의 침지 시간에 대하여 시간대전류법 통해 전압 공급 시간에 대한 전류값이 측정될 수 있다. 시간대전류법이란 평형을 이루고 있는 전극에 전기화학 반응을 유도할 수 있는 충분히 큰 값의 전압을 스텝으로 인가하게 되면 전류의 흐름이 관찰되는데, 이와 같이 인가한 전압 스텝에 대하여, 시간에 따른 전류 신호를 관찰하는 방법을 의미한다. 이를 통해 도 4와 같은 시간대전류 곡선을 얻을 수 있다. 시간대전류법에 있어서, 인가되는 정전압은 산화환원 반응에 의한 전류 신호를 관찰 가능하도록 효소별로 적절하게 설정될 수 있다.The current value for the voltage supply time can be measured through the time zone current method for each immersion time in the working electrode immersed for the different time. The time zone current method is a method in which a voltage of a sufficiently large value that can induce an electrochemical reaction is applied to a balanced electrode in steps so that a current flow is observed. . &Lt; / RTI &gt; As a result, the current curve of the time zone as shown in FIG. 4 can be obtained. In the time-domain current method, the applied constant voltage can be appropriately set for each enzyme so that the current signal by the oxidation-reduction reaction can be observed.

전술한 바와 같이, 종래 목적 물질의 정량은 주로 목적 물질 또는 효소 반응 생성물이 산화될 때의 색의 변화를 가져오는 색소원을 이용하여 색의 변화 정도를 광도계를 사용하여 빛의 반사도 또는 투과도를 측정하여 정량하였다. 이 경우 정량 횟수만큼 동일한 시료를 별개로 준비할 필요가 있다는 문제가 존재한다. 이와 달리, 본 개시에서 이용하는 시간대전류법을 사용하는 경우, 하나의 용기에 담기 시료를 가지고 일정 시간 침지 후 정전압을 인가하고, 전류의 변화를 관찰한 뒤, 다시 일정 시간 침지를 하는 방법으로 연속적인 정량을 할 수 있는바, 보다 신속하고 간편하게 효소별 현장 자가진단에 적합한 효소 반응의 일정 온도(T)를 결정하는 것이 가능하다. 한편, 이러한 시간대전류법을 이용하여 현장 자가진단에 적합한 작동 전극의 침지 시간을 결정하는 방법에 대하여는 종래 개시된 바 없는 것으로 확인되었다.As described above, the quantification of the conventional target substance is mainly performed by measuring the degree of change of color by using a dye source that causes a change in color when a target substance or an enzyme reaction product is oxidized by using a photometer to measure light reflectance or transmittance Respectively. In this case, there is a problem that it is necessary to separately prepare the same samples as the number of quantification times. Alternatively, in the case of using the time-period current method used in the present disclosure, it is preferable to continuously immerse a sample in a container for a predetermined time after immersing the sample for a predetermined time and then applying a constant voltage, observing a change in current, It is possible to determine the constant temperature (T) of the enzyme reaction which is suitable for the self-diagnosis of the enzyme by the enzyme more quickly and easily. On the other hand, it has been confirmed that there has not been disclosed a method of determining the immersion time of the working electrode suitable for the field self-diagnosis by using the time zone current method.

상기 시간대전류법을 통하여 상이한 침지 시간에 대하여, 시간에 대한 전류값을 측정함으로써, 이 데이터를 통해 특정 시간 동안의 전류값의 적분값을 계산하는 것이 가능하다. 본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 측정된 시간에 대한 전류값의 데이터를 이용하여 전압이 인가된 후 10초부터 15초까지의 전류값의 적분값을 각각의 침지 시간에 대하여 개별적으로 계산할 수 있다. 전압이 인가되는 시점에서부터 인가된 후 10초 동안의 경우는 정전압 인가시에 발생하는 노이즈 등으로 인해 침지 시간별 적분값이 비교가 정확하지 않은 문제가 발생할 수 있다. 반면, 15초 이후의 시간대를 기준으로 적분값을 계산하는 경우, 산환환원 반응이 진행되어 반응시 방출 또는 흡수되는 전자의 양이 감소하여 침지 시간별 적분값의 차이를 통한 비교가 어려워지는 문제가 발생할 수 있다.It is possible to calculate the integral value of the current value for a specific time through the data by measuring the current value with respect to the different immersion time through the time zone current method. According to one embodiment of the present disclosure, the integrated value of the current value from 10 seconds to 15 seconds after the voltage is applied can be individually calculated for each immersion time using the data of the current value for the measured time have. In the case of 10 seconds after the application of the voltage, there is a problem that the integration value of the immersion time is not accurate due to the noise generated when the constant voltage is applied. On the other hand, when the integration value is calculated based on the time zone after 15 seconds, the amount of electrons emitted or absorbed in the reaction is reduced due to the progress of the oxidation reduction reaction, .

상기 계산된 침지 시간에 따른 적분값들을 비교하여, 침지 시간이 시간(t)인 경우의 적분값 및 침지 시간이 상기 시간(t) 이상인 경우의 적분값들의 변동 계수가 2% 이내, 바람직하게는 1.8%, 보다 바람직하게는 1.5% 이내인 최소 시간(t)을 결정할 수 있다. 현장 자가진단의 목적에 부합하기 위하여, 우수한 센싱 민감도를 가지면서 침지 시간이 짧은 것이 유리한바, 상기 변동 계수의 한계 범위를 만족하면서 최소의 시간을 결정하는 것이 중요하다. The integrated values of the immersion time with respect to time t and the variation coefficient of the integrated values when the immersion time is equal to or longer than the time t are within 2% (T) within 1.8%, more preferably within 1.5%. In order to meet the purpose of on-site self-diagnosis, it is advantageous that the immersion time is short with excellent sensing sensitivity, and it is important to determine the minimum time while satisfying the limit range of the coefficient of variation.

여기서 변동 계수(coefficient of variation)란, 표준 편차를 산술 평균으로 나눈 것으로 정의되며, 본 개시에서는 각 침지시간별 시간대전류법의 결과값에서, 10 내지 15초 사이의 적분값들에 대한 표준 편차를 산술 평균으로 나누어 변동 계수를 계산하였다.Herein, the coefficient of variation is defined as the standard deviation divided by the arithmetic mean. In this disclosure, the standard deviation of the integration values between 10 and 15 seconds is calculated from the results of the time- The coefficient of variation was calculated by dividing by the average.

상기 변동 계수가 2%를 초과하는 경우, 상기 작동 전극 상에 효소 반응 생성물이 충분히 침적된, 즉 포화 상태에 도달한 것이 아니어서, 정량 측정에 있어 오차 유발의 문제가 있다. When the coefficient of variation exceeds 2%, the enzyme reaction product is sufficiently deposited on the working electrode, that is, it has not reached the saturation state, which causes a problem of error in quantitative measurement.

상기의 결정 방법들에 의해 결정된 효소 반응 온도 및 작동 전극 침지 시간은 본 개시의 시료 내 목적 물질의 농도를 측정하는 방법에 적용될 수 있다.The enzyme reaction temperature and working electrode immersion time determined by the above determination methods can be applied to a method for measuring the concentration of a target substance in the sample of the present disclosure.

이후, 상기 일정 시간(t) 이상 침지된 작동 전극에 대하여, 산화환원 전압을 인가한다. 상기 인가되는 전압은 산화환원 반응을 유도할 수 있도록 효소 반응 생성물별로 적절하게 인가될 수 있다. Thereafter, the redox voltage is applied to the working electrode immersed for the predetermined time (t) or more. The applied voltage may be appropriately applied to each enzyme reaction product so as to induce a redox reaction.

상기 인가되는 전압에 대응하여 전류값을 측정할 수 있다. 본 개시의 일 구체예에 따르면, 상기 전류값의 측정을 위하여 순환전압법 또는 시간대전류법이 사용될 수 있다. 상기 측정된 전류값으로부터 효소 반응 생성물의 산화환원 반응식을 고려하여 효소 반응 생성물의 농도를 계산할 수 있고, 상기 효소 반응 생성물의 농도로부터 시료 내 목적 물질의 농도를 계산할 수 있다.The current value can be measured corresponding to the applied voltage. According to one embodiment of the present disclosure, a cyclic voltage method or a time zone current method may be used for measuring the current value. From the measured current value, the concentration of the enzyme reaction product can be calculated in consideration of the oxidation-reduction reaction formula of the enzyme reaction product, and the concentration of the target substance in the sample can be calculated from the concentration of the enzyme reaction product.

본 개시에서 사용되는 전기화학센서는 측정하고자 하는 시료 내 목적 물질 및 이와 반응하는 효소에 대응하여 적절한 효소 반응 온도 및 침지 시간이 미리 결정될 수 있다. 필요에 따라서 상기 전기화학센서는 온도 조절 장치를 포함할 수 있다. 종래의 센서들이 효소의 활성이 최대화되는 것만을 고려하여 온도 조절 장치를 통해 상승시켜야 했던 온도가 높고, 그에 따라 소요되는 시간이 길었던 것과 달리, 본 개시의 전기화학센서는 상온에 근사한 온도로 효소 반응 온도를 결정하는바, 온도 조절 장치에 요구되는 에너지 및 시간을 감소시키는데 유리한 이점을 갖는다. 특히 바람직하게는, 효소 반응 온도가 상온인 경우, 전기화학센서는 온도 조절 장치를 포함하지 않을 수 있다. 한편, 침지 시간에 대해서는 본 개시의 방법을 통해 결정된 일정 시간 이상을 침지할 것을 설명서 등을 통해 제공하여 현장에서 사용자들의 편의를 도모할 수 있다.In the electrochemical sensor used in the present disclosure, an appropriate enzyme reaction temperature and an immersion time can be predetermined in correspondence with a target substance in a sample to be measured and an enzyme reacting therewith. If desired, the electrochemical sensor may include a temperature controller. Conventional sensors have a high temperature which has to be elevated through a temperature controller in consideration of maximizing the activity of the enzyme, and thus the time required for the enzyme is long. Thus, the electrochemical sensor of the present disclosure has an enzyme reaction Determining the temperature has the advantage of reducing the energy and time required for the temperature regulator. Particularly preferably, when the enzyme reaction temperature is room temperature, the electrochemical sensor may not include a temperature control device. On the other hand, with regard to the immersion time, it is possible to provide a manual or the like through immersion for a predetermined period of time or more determined by the method of the present disclosure, thereby making it possible for the user to enjoy the convenience in the field.

이하, 본 개시의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 제시하지만, 하기의 실시예는 본 개시를 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments are described to facilitate understanding of the present disclosure, but the following embodiments are provided for easier understanding of the disclosure, and the present disclosure is not limited thereto.

실시예Example

플랫폼의 제조Manufacturing of platform

도 2에 도시된 바와 같은 플랫폼의 제조를 위하여, ITO 전극 표면(24mm2)을 10mL의 Trichloroethylene 용액, 에탄올 용액, 및 DI water 각각에서 15분간 Sonication처리를 하고 난 후 Ammonium hydroxide 용액, Hydrogen peroxide, DI water를 1:1:5로 배합한 용액에 전극을 담그고 75℃의 항온조에서 1시간 30분 동안 반응시킨 후, DI water에 전극을 씻어 최종적으로 전극 표면상에 OH기를 활성화 시켰다. 100㎍/ml의 아비딘 15㎕와 상온에서 약 2시간 동안 반응시켰다. 소수성 상호작용을 통해 아비딘이 ITO 전극 표면 상에 물리적으로 흡착되었다. 이후, 상기 전극과 15㎕의 1% BSA(bovine serum albumin)를 4℃에서 약 24시간 동안 반응시켰다. 그리고 상기 전극과 비오틴이 부착된 ALP(10㎍/ml) 15㎕를 4℃에서 약 30분간 반응시켰다.2, the surface of the ITO electrode (24 mm 2 ) was subjected to sonication treatment in 10 mL of each of Trichlorethylene solution, ethanol solution and DI water for 15 minutes. Then, an ammonium hydroxide solution, hydrogen peroxide, DI water at a ratio of 1: 1: 5, and the electrode was immersed in a 75 ° C thermostat for 1 hour and 30 minutes. Then, the electrode was washed in DI water, and the OH group was finally activated on the electrode surface. Mu] g / ml avidin at room temperature for about 2 hours. Through hydrophobic interaction, avidin was physically adsorbed on the ITO electrode surface. Then, the electrode and 15 의 of 1% bovine serum albumin (BSA) were reacted at 4 캜 for about 24 hours. Then, the electrode and 15 μl of biotin-adhered ALP (10 μg / ml) were reacted at 4 ° C. for about 30 minutes.

현장 자가진단용 전기화학센서의 효소 반응 온도의 결정Determination of Enzyme Reaction Temperature of Electrochemical Sensor for Field Self-Diagnosis

아스코르브산-2-포스페이트(AAP)를 목적 물질로 하였고, 효소로 ALP를 사용하였다. 상기 AAP를 포함하는 시료의 온도를 15℃로 조절한 후, 시료 내에 앞서 제조한 플랫폼을 작동 전극으로 하여 침지하였다. 침지 후 순환전압법을 이용하여 전압에 대한 전류값을 측정하였다. 전압은 0 내지 0.6V 사이에서 순환되었다.Ascorbic acid-2-phosphate (AAP) was used as the target substance, and ALP was used as the enzyme. After the temperature of the sample containing the AAP was adjusted to 15 캜, the previously prepared platform was immersed as a working electrode in the sample. After the immersion, the current value with respect to the voltage was measured using the circulating voltage method. The voltage was cycled between 0 and 0.6V.

50mM Tris-HCl(pH 9.6), 10mM MgCl2및 물을 이용하여 제조한 버퍼 용액에 1mM의 고형 AAP 분말을 용해시킨 것을 시료로 하여, 시료의 온도를 20℃, 25℃, 및 30℃로 각각 조절한 후, 상기와 동일한 방법으로 전압에 대한 전류값을 측정하였다. 이에 따라 구해진 순환전압전류 곡선은 도 3과 같다.1 mM solid AAP powder was dissolved in a buffer solution prepared by using 50 mM Tris-HCl (pH 9.6), 10 mM MgCl 2 and water, and the sample was heated at 20 ° C, 25 ° C and 30 ° C After adjusting, the current value with respect to the voltage was measured in the same manner as above. The cyclic voltage-current curve thus obtained is shown in Fig.

ALP를 포함하는 작동전극을 시료 내에 침지하면 ALP와 시료 내 AAP가 반응하여 아스코르브산(AA)을 생성하고, 이는 ITO 표면 상에 침적된다. 이후 상기 전극 상에 전압을 인가하면 AA가 탈수소 아스코르브산염으로 산화되면서 전류를 생성한다. 이에 측정되는 전류값이 크면 클수록 산화반응이 잘 이루어진 것인바, AA가 시료 내에 많이 생성되었음을 알 수 있고, 이는 동일한 침지 시간 동안에 특정 온도에서의 효소의 활성화가 잘 되었음을 알 수 있게 해준다.When the working electrode containing ALP is immersed in the sample, the ALP and the AAP in the sample react to form ascorbic acid (AA), which is deposited on the ITO surface. Then, when a voltage is applied on the electrode, AA is oxidized into dehydrocysteic acid salt, and current is generated. The larger the current value measured, the better the oxidation reaction was, and the greater the amount of AA was generated in the sample. This indicates that the enzyme was activated at a certain temperature during the same immersion time.

도 3에 나타난 바와 같이, 각 온도에서의 전압에 대한 전류값을 살펴보면, 30℃, 0.34V에서 최대 전류값(Imax at 30℃ = 6.10㎂)을 가짐을 알 수 있다. 다른 온도에서 0.34V가 인가된 경우의 전류값을 살펴보면, 25℃의 경우, 최대 전류값(Imax at 30 = 6.10㎂)의 90% 이상의 전류값(I=6.09㎂)이 측정되었음을 알 수 있다. 이에 비해 15℃ 및 20℃에서의 0.34V 인가 시의 전류값(각각 I=2.51㎂, I=4.64㎂)은 최대 전류값(Imax at 30℃ = 6.10㎂)의 90% 미만인 것으로 확인되었다.As shown in FIG. 3, the current value with respect to the voltage at each temperature has a maximum current value (I max at 30 ° C. = 6.10 μA) at 30 ° C. and 0.34 V, respectively. It can be seen that a current value (I = 6.09 μA) of 90% or more of the maximum current value (I max at 30 ° C. = 6.10 μA) was measured at 25 ° C. have. In contrast, it was confirmed that the current values (I = 2.51 μA, I = 4.64 μA) at the time of application of 0.34 V at 15 ° C. and 20 ° C. were less than 90% of the maximum current value (I max at 30 ° C. = 6.10 μA).

상기 측정 결과로부터 현장 자가진단용에 적합한 효소의 반응 온도는 약 25℃인 것으로 결정된다.From the above measurement results, it is determined that the reaction temperature of the enzyme suitable for on-site self-diagnosis is about 25 캜.

현장 자가진단용 전기화학센서의 침지 시간의 결정Determination of immersion time of electrochemical sensor for field self-diagnosis

상기 효소 반응 온도의 결정과 동일한 목적 물질, 시료, 및 효소를 사용하였다. ALP와 AAP가 반응하여 생성되는 AA는 ITO의 표면 상에 ITO의 표면이 포화 상태에 도달할 때까지 침적된다. 이를 고려하면, ITO의 표면이 포화 상태에 도달하는 최소 시간을 현장 자가진단용 전기화학센서에 요구되는 최적의 침지 시간으로 볼 수 있다. 이에, 앞서 제조된 플랫폼을 작동 전극으로 하여, 상기 작동 전극이 시료 내에 침지되는 시간을 변수로 하여, 시간대전류법을 통해 전류값의 변화를 측정하였다. 작동 전극과 상대 전극 사이에 걸어준 전압은 Ag/AgCl 기준 전극에서 0.45V의 정전압이었다.A target substance, a sample, and an enzyme which are the same as the determination of the enzyme reaction temperature were used. The AA formed by the reaction of ALP and AAP is immersed on the surface of ITO until the surface of ITO reaches the saturation state. Considering this, the minimum time for the ITO surface to reach the saturation state can be regarded as the optimum immersion time required for the electrochemical sensor for field self-diagnosis. The change in the current value was measured through the time-of-day current method using the platform thus fabricated as the working electrode, with the time during which the working electrode was immersed in the sample as a variable. The voltage applied between the working electrode and the counter electrode was a constant voltage of 0.45 V at the Ag / AgCl reference electrode.

시료 내에 작동 전극을 5초간 침지한 후, 상기 전압을 인가하였다. 시간대전류법을 통해 전류값의 변화를 약 50초간 측정하였다. 이후 전압 인가를 중단하고 다음 침지 시간동안 침지시켰다. 30초, 1분, 1분 30초, 2분, 3분, 5분, 7분에서 이를 반복하였다. 상기 시간대전류법에 따라 측정된 시간대전류 곡선은 도 4에 도시된 바와 같다.After immersing the working electrode in the sample for 5 seconds, the voltage was applied. The change of the current value was measured for about 50 seconds through the time zone current method. The voltage application was then stopped and immersed for the next immersion time. This was repeated at 30 seconds, 1 minute, 1 minute, 30 seconds, 2 minutes, 3 minutes, 5 minutes and 7 minutes. The time-period current curve measured according to the time-of-day current method is as shown in FIG.

이후 도 4의 곡선에서 각 침지 시간 별로 10~15초 구간의 전류값의 적분값을 계산하였다. 각 침지 시간별 상기 적분값은 도 5에 나타난다. Then, the integrated value of the current value in the interval of 10 to 15 seconds was calculated for each immersion time in the curve of FIG. The integration value for each immersion time is shown in Fig.

각각의 변동계수 계산값은 하기 표 1과 같다. The calculated values of the respective coefficient of variation are shown in Table 1 below.

각 인큐베이션 시간에 따른 전류값의 적분값 변동 계수에 따른 안정도 예측Stability estimation based on the integral value variation coefficient of the current value with each incubation time 10-15s 구간에서 침지 시간별 적분값의 평균
(N=3)*
The average of the integration values by immersion time in the 10-15s interval
(N = 3) *
5s5s 30s30s 1m1m 1.5m1.5m 2m2m 3m3m 5m5m 7m7m 평균Average 표준편차Standard Deviation 변동 계수(CV)Coefficient of variation (CV)
침지 시간 5s-7mImmersion time 5s-7m 1.47E-051.47E-05 1.72E-051.72E-05 1.86E-051.86E-05 1.93E-051.93E-05 2.01821E-052.01821E-05 2.05796E-052.05796E-05 2.06213E-052.06213E-05 2.09043E-052.09043E-05 1.90E-051.90E-05 2.15E-062.15E-06 11.33%11.33% 침지 시간
30s-7m
Immersion time
30s-7m
  1.72E-051.72E-05 1.86E-051.86E-05 1.93E-051.93E-05 2.01821E-052.01821E-05 2.05796E-052.05796E-05 2.06213E-052.06213E-05 2.09043E-052.09043E-05 1.96E-051.96E-05 1.36E-061.36E-06 6.91%6.91%
침지 시간
1m-7m
Immersion time
1m-7m
    1.86E-051.86E-05 1.93E-051.93E-05 2.01821E-052.01821E-05 2.05796E-052.05796E-05 2.06213E-052.06213E-05 2.09043E-052.09043E-05 2.00E-052.00E-05 8.87E-078.87E-07 4.43%4.43%
침지 시간
1.5m-7m
Immersion time
1.5m-7m
      1.93E-051.93E-05 2.01821E-052.01821E-05 2.05796E-052.05796E-05 2.06213E-052.06213E-05 2.09043E-052.09043E-05 2.03E-052.03E-05 6.11E-076.11E-07 3.01%3.01%
침지 시간
2m-7m
Immersion time
2m-7m
        2.01821E-052.01821E-05 2.05796E-052.05796E-05 2.06213E-052.06213E-05 2.09043E-052.09043E-05 2.06E-052.06E-05 2.97E-072.97E-07 1.44%1.44%

* 같은 방식으로 제조된 3개의 전극 플랫폼을 이용하여 그 전류의 평균값들을 이용함.* Using the average values of the currents using three electrode platforms manufactured in the same way.

여기서 침지 시간이 2분 이상인 경우의 적분값들의 변동계수는 2% 이하인 것으로 확인된다. Here, it is confirmed that the coefficient of variation of the integral values when the immersion time is 2 minutes or more is 2% or less.

이와 달리, 침지 시간이 1분 30초 이상인 경우의 적분값들의 변동계수는 2%를 초과한다. 이에, 목적 물질이 AAP고 효소가 ALP인 경우의 현장 자가진단용 전기화학센서의 침지 시간은 약 2분이 바람직한 것으로 결정된다.On the other hand, the coefficient of variation of the integral values when the immersion time is 1 minute and 30 seconds or more exceeds 2%. Therefore, it is determined that the immersion time of the electrochemical sensor for field self-diagnosis when the target substance is ALP high enzyme is about 2 minutes.

이상으로 본 개시의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.While this invention has been particularly shown and described with reference to preferred embodiments thereof, it is to be understood that the present invention is not limited to the specific embodiments thereof, It will be understood that various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present disclosure.

Claims (12)

현장 자가진단용 전기화학센서를 이용한 시료 내 목적 물질의 농도를 측정하는 방법으로서, 상기 센서는 작동 전극의 표면 상에 고정되는 효소를 포함하며,
시료의 온도를 하기의 방법으로 결정되는 일정 온도(T)로 제어하는 단계;
상기 시료 내에 작동 전극을 일정 시간(t) 이상 침지하는 단계;
상기 침지된 작동 전극에 산화환원 전압을 인가하는 단계; 및
상기 전압에 대응하여 측정되는 전류값으로부터 시료 내 목적 물질의 농도를 계산하는 단계를 포함하고,
여기서 상기 일정 온도(T)는,
(i) 목적 물질이 포함된 시료 및 상기 목적 물질과 반응하는 효소가 고정된 작동 전극을 포함하는 전기화학 센서를 준비하는 단계;
(ii) 상기 작동 전극을 10℃≤T1,T2,...,Tn≤100℃인 상이한 온도(T1,T2,...,Tn)로 조절된 시료에 침지한 후, 순환전압(Cyclic Voltammetry, CV)법을 통해 각각의 온도에서 전압에 대한 전류값을 측정하는 단계;
(iii) 상기 측정된 전류값 중 최대값인 최대 전류값(Imax), 이에 대응하는 전압(VCV)을 결정하는 단계; 및
(iv) 상기 결정된 전압(VCV)과 동일한 전압에서 상기 최대 전류값(Imax)의 90% 이상인 전류값(Icv)를 갖는 온도(T)를 결정하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 결정되는 온도(T)는 │온도(T) - 20│이 최소값을 갖는 온도인 온도 결정 방법으로 결정되는 현장 자가진단용 전기화학센서를 이용한 시료 내 목적 물질의 농도를 측정하는 방법.
A method for measuring the concentration of a target substance in a sample using an electrochemical sensor for field self-diagnosis, the sensor comprising an enzyme immobilized on the surface of the working electrode,
Controlling the temperature of the sample to a constant temperature (T) determined by the following method;
Immersing the working electrode in the sample for a predetermined time (t) or longer;
Applying a redox voltage to the immersed working electrode; And
Calculating the concentration of the target substance in the sample from the current value measured corresponding to the voltage,
Here, the predetermined temperature (T)
(i) preparing an electrochemical sensor including a working electrode to which a sample containing a target substance and an enzyme reactive with the target substance are immobilized;
(ii) after immersing the working electrode in the sample adjusted to 10 ℃ ≤T 1, T 2, ..., T n of different temperatures (T 1, T 2, ... , T n) ≤100 ℃ Measuring a current value with respect to a voltage at each temperature through a cyclic voltammetry (CV) method;
(iii) determining a maximum current value (I max ), which is a maximum value of the measured current values, and a corresponding voltage (V CV ); And
(iv) determining a temperature (T) having a current value (I cv ) that is at least 90% of the maximum current value (I max ) at the same voltage as the determined voltage (V CV ) A method for measuring the concentration of a target substance in a sample using an electrochemical sensor for in-situ self-diagnosis, wherein the temperature (T) is determined by a temperature determination method having a temperature at which the temperature (T) - 20 |
청구항 1에 있어서,
상기 일정 시간(t)는,
(가) 목적 물질이 포함된 시료 및 상기 목적 물질과 반응하는 효소가 고정된 작동 전극을 포함하는 전기화학 센서를 준비하는 단계;
(나) 상기 전극을 15초 ≤t1,t2,...,tm ≤60분인 상이한 시간(t1,t2,...,tm) 동안 시료에 침지한 후, 시간대전류(Chronoamperometry, CA)법을 통해 각각의 침지 시간에 대하여 전압 공급 시간에 대한 전류값을 측정하는 단계;
(다) 상기 측정된 시간에 대한 전류값의 데이터를 이용하여 전압이 인가된 후 10초부터 15초까지의 전류값의 적분값을 각각의 침지 시간에 대하여 계산하는 단계;
(라) 상기 계산된 적분값들 중 침지 시간이 상기 시간(t) 이상인 경우의 적분값들의 변동 계수가 2% 이내인 최소 시간(t)을 결정하는 단계를 포함하는 침지 시간 결정 방법으로 결정되는 현장 자가진단용 전기화학센서를 이용한 시료 내 목적 물질의 농도를 측정하는 방법.
The method according to claim 1,
The predetermined time (t)
(A) preparing an electrochemical sensor including a sample containing a target substance and a working electrode to which an enzyme reacting with the target substance is immobilized;
(B) the electrode is heated for 15 seconds? T 1 , t 2 , ..., t m (T 1 , t 2 ,..., T m ) of ≤60 min., The current value for the voltage supply time with respect to each immersion time is measured by a time-of-current (Chronoamperometry, CA) Measuring;
(C) calculating an integrated value of the current value from 10 seconds to 15 seconds after the voltage is applied using the data of the current value for the measured time for each immersion time;
(D) determining a minimum time (t) within which the coefficient of variation of the integral values when the immersion time is equal to or greater than the time (t) among the calculated integrated values is within 2% A method for measuring the concentration of a target substance in a sample using an electrochemical sensor for on-site self-diagnosis.
청구항 1에 있어서,
시료는 인체로부터 얻어진 체액인 것을 특징으로 하는 현장 자가진단용 전기화학센서를 이용한 시료 내 목적 물질의 농도를 측정하는 방법.
The method according to claim 1,
And measuring the concentration of the target substance in the sample using the electrochemical sensor for on-site self-diagnosis, wherein the sample is a body fluid obtained from a human body.
청구항 1에 있어서,
상기 목적 물질은 항원, 항체, 단백질, 면역 분자, DNA, 및 RNA로 이루어진 군으로 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 현장 자가진단용 전기화학센서를 이용한 시료 내 목적 물질의 농도를 측정하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the target substance is one selected from the group consisting of an antigen, an antibody, a protein, an immunomolecule, DNA, and RNA, and measuring the concentration of the target substance in the sample using the electrochemical sensor for on-site self-diagnosis.
청구항 1에 있어서,
상기 효소는 목적 물질을 산화/환원 반응 가능한 효소 반응 생성물로 전환시킬 수 있는 효소인 것을 특징으로 하는 현장 자가진단을 전기화학센서를 이용한 시료 내 목적 물질의 농도를 측정하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the enzyme is an enzyme capable of converting a target substance into an enzyme reaction product capable of oxidation / reduction reaction. The method for measuring the concentration of a target substance in a sample using an electrochemical sensor.
청구항 1에 있어서,
상기 효소는 HRP(Horseradish peroxidase), ALP(Alkaline phosphatase), 글루코스 옥시다아제(Glucose Oxidase), 루시퍼라이제(luciferase), 베타-디-갈락토시다아제(β-D-galactosidase), 말산탈수소효소(MDH: malate dehydrogenase), 및 아세틸콜린에스터라아제(acetylcholinestrerase)의 군으로부터 선택되는 1종의 효소인 것을 특징으로 하는 현장 자가진단용 전기화학센서를 이용한 시료 내 목적 물질의 농도를 측정하는 방법.
The method according to claim 1,
The enzyme may be selected from the group consisting of HRP (Horseradish peroxidase), ALK (alkaline phosphatase), glucose oxidase, luciferase,? -D-galactosidase, MDH malate dehydrogenase, acetylcholinesterase, and acetylcholinesterase. The method for measuring the concentration of a target substance in a sample using an electrochemical sensor for on-site self-diagnosis.
청구항 1에 있어서,
상기 작동 전극은 ITO(Indium Tin Oxide)인 것을 특징으로 하는 현장 자가진단용 전기화학센서를 이용한 시료 내 목적 물질의 농도를 측정하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the working electrode is ITO (Indium Tin Oxide). A method for measuring a concentration of a target substance in a sample using an electrochemical sensor for on-site self-diagnosis.
청구항 1에 있어서,
상기 효소는 작동 전극의 표면 상에 연결 화합물을 통해 고정되는 것을 특징으로 하는 현장 자가진단용 전기화학센서를 이용한 시료 내 목적 물질의 농도를 측정하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the enzyme is immobilized on the surface of the working electrode through a linking compound. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt;
청구항 1에 있어서,
상기 n은 3≤ n ≤ 20인 정수인 것을 특징으로 하는 현장 자가진단용 전기화학센서를 이용한 시료 내 목적물질의 농도를 측정하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein n is an integer satisfying 3 &lt; = n &lt; = 20, wherein the concentration of the target substance in the sample is measured using an electrochemical sensor for on-site self-diagnosis.
청구항 2에 있어서,
m은 3≤ m ≤ 15인 정수인 것을 특징으로 하는 현장 자가진단용 전기화학센서를 이용한 시료 내 목적 물질의 농도를 측정하는 방법.
The method of claim 2,
and m is an integer satisfying 3? m? 15. 2. A method for measuring a concentration of a target substance in a sample using an electrochemical sensor for on-site self-diagnosis.
청구항 2에 있어서,
상기 단계 (나)에서 전압 공급 시간은 40 내지 60초인 것을 특징으로 하는 현장 자가진단용 전기화학센서를 이용한 시료 내 목적 물질의 농도를 측정하는 방법.
The method of claim 2,
Wherein the voltage supplying time in the step (b) is 40 to 60 seconds. A method for measuring a concentration of a target substance in a sample using an electrochemical sensor for on-site self-diagnosis.
청구항 1에 있어서,
상기 인가되는 산화환원 전압은 정전압 또는 순환전압인 것을 특징으로 하는 현장 자가진단용 전기화학센서를 이용한 시료 내 목적 물질의 농도를 측정하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the applied redox voltage is a constant voltage or a circulating voltage. A method for measuring a concentration of a target substance in a sample using an electrochemical sensor for on-site self-diagnosis.
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