KR102105914B1 - Fluorescent Hydrogel Glucose Droplet Type Biosensors and its Preparing Method - Google Patents

Fluorescent Hydrogel Glucose Droplet Type Biosensors and its Preparing Method Download PDF

Info

Publication number
KR102105914B1
KR102105914B1 KR1020180121428A KR20180121428A KR102105914B1 KR 102105914 B1 KR102105914 B1 KR 102105914B1 KR 1020180121428 A KR1020180121428 A KR 1020180121428A KR 20180121428 A KR20180121428 A KR 20180121428A KR 102105914 B1 KR102105914 B1 KR 102105914B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
droplet
hydrogel
glucose
droplets
biosensor
Prior art date
Application number
KR1020180121428A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200041230A (en
Inventor
박수영
박혜인
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR1020180121428A priority Critical patent/KR102105914B1/en
Publication of KR20200041230A publication Critical patent/KR20200041230A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102105914B1 publication Critical patent/KR102105914B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/001Enzyme electrodes
    • C12Q1/005Enzyme electrodes involving specific analytes or enzymes
    • C12Q1/006Enzyme electrodes involving specific analytes or enzymes for glucose
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/26Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving oxidoreductase
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/26Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving oxidoreductase
    • C12Q1/28Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving oxidoreductase involving peroxidase
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28Electrolytic cell components
    • G01N27/30Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/66Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving blood sugars, e.g. galactose

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Diabetes (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

본 발명은 형광 소광 및 크기 감소가 동시에 작동하는 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 카본닷(CO), 글루코스 산화효소(glucose oxidase, GOx) 및 겨자무과산화효소(horseradish peroxidase, HRP)가 고정화 된 비효소 기반의 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서는 글루코스에 대한 반응으로 형광 소광 및 크기 감소가 동시에 일어나므로 사람 혈청의 주 성분인 글루코스에 대한 선택성이 높은 효과가 있으며, 건조된 상태에서 장시간 보관이 가능하여 안정성이 높고, pH 반응성이 있어 일정 pH 이상에서 팽윤되어 높은 다공성을 가지게 되므로 바이오센서로 쉽게 적용이 가능한 효과가 있다.
The present invention relates to a hydrogel glucose droplet biosensor and a method for manufacturing the same with fluorescence quenching and size reduction, and specifically, carbon dot (CO), glucose oxidase (GOx), and mustard peroxidase (horseradish peroxidase, HRP) immobilized non-enzyme-based fluorescent hydrogel glucose droplet biosensor and a method for manufacturing the same.
Fluorescent hydrogel glucose droplet biosensor has high selectivity for glucose, which is the main component of human serum, because fluorescence quenching and size reduction occur simultaneously in response to glucose, and it can be stored for a long time in a dried state for stability. It has a high, pH-reactive property that swells at a certain pH or higher to have high porosity, so it can be easily applied as a biosensor.

Description

형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서 및 그 제조방법{Fluorescent Hydrogel Glucose Droplet Type Biosensors and its Preparing Method}Fluorescent Hydrogel Glucose Droplet Type Biosensors and its Preparing Method

본 발명은 형광 소광 및 크기 감소가 동시에 작동하는 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 카본닷(carbon dot, CD), 글루코스 산화효소(glucose oxidase, GOx) 및 겨자무과산화효소(horseradish peroxidase, HRP)가 고정화된 비효소 기반의 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogel glucose droplet biosensor and a manufacturing method thereof in which fluorescence quenching and size reduction work simultaneously, specifically carbon dot (CD), glucose oxidase (GOx), and mustard The present invention relates to a non-enzyme-based fluorescent hydrogel glucose droplet biosensor immobilized with horseradish peroxidase (HRP) and a method for manufacturing the same.

당뇨병은 인슐린의 생성 혹은 이용 과정의 이상으로 혈당이 증가하고 그에 따른 다양한 급성, 만성 합병증을 동반하는 심각한 질환이다. 인슐린의 결핍 또는 고혈당증은 당뇨병을 유발하여, 심혈관, 신경, 신장, 안구 및 말초혈관 질환의 위험성을 증가시킨다. 이와 같이, 세계적으로 문제가 되고 있는 당뇨병은 노령인구의 증가 및 생활환경적인 요인 등으로 인해 그 발명율이 더욱 증가할 것으로 예측되며, 이에 따른 사회적ㆍ경제적 문제가 심각하게 대두되고 있다. Diabetes mellitus is a serious disease associated with an increase in blood sugar due to abnormalities in the production or use of insulin, and various acute and chronic complications. Deficiency or hyperglycemia of insulin causes diabetes, which increases the risk of cardiovascular, nerve, kidney, ocular and peripheral vascular disease. As such, diabetes, which has become a global problem, is expected to increase in invention rate due to an increase in the elderly population and living environment factors, and thus social and economic problems are seriously emerging.

이러한 환자들의 증가로 혈당치의 추적관찰에 주로 사용되는 자가혈당 측정기의 수요가 증가하고,사용 빈도도 점차 증가하고 있는 실정이므로, 고감도의 사용이 간편한 혈당 센서의 개발이 요구되고 있다. 혈당 수치의 적절한 모니터링은 건강한 신체를 유지하는데 중요하다. 글루코스 바이오센서는 전체 바이오센서 시장의 약 85%를 차지하고 있으며, 고감도이고 사용이 간편한 새로운 글루코스 바이오센서 개발에 대한 연구 활동이 매우 활발히 이루어지고 있다.Due to the increase in the number of patients, the demand for an auto-glycemic meter mainly used for the follow-up of blood glucose levels is increasing, and the frequency of use is gradually increasing. Therefore, there is a need to develop a blood glucose sensor that is easy to use with high sensitivity. Proper monitoring of blood sugar levels is important to maintaining a healthy body. Glucose biosensors account for about 85% of the total biosensor market, and research activities on the development of new glucose biosensors that are highly sensitive and easy to use are very active.

글루코스 검출용 바이오센서는 크게 효소 기반 및 비효소 기반의 바이오센서로 분류될 수 있다. 대부분의 통상적인 글루코스 검출용 바이오센서는 글루코스 산화효소(GOx)를 이용하는 효소 기반의 바이오센서이다. 이러한 효소 기반의 바이오센서는 높은 감도를 나타내 정교한 글루코스의 검출이 가능하지만, pH, 온도, 습도 및 다른 화학물질의 존재 등에 의해 효소의 활성이 저해되는 등 단점을 지니고 있으며, 안정성 및 재현성이 열악한 문제점을 갖는다. Biosensors for glucose detection can be broadly classified into enzyme-based and non-enzyme-based biosensors. Most common biosensors for glucose detection are enzyme-based biosensors that use glucose oxidase (GOx). These enzyme-based biosensors have high sensitivity and can detect sophisticated glucose, but have disadvantages such as inhibiting enzyme activity due to pH, temperature, humidity and the presence of other chemicals, and poor stability and reproducibility. Have

이러한 효소 기반 글루코스 바이오센서의 한계를 극복하기 위해, 비효소 기반의 글루코스 바이오센서에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 대한민국 공개특허 '10-2011-0057845'는 글루코오스 바이오센서용 다이아몬드 전극 및 그 제조 방법을 제공하고 있으나, 이에 사용되는 대부분의 순수 금속은 낮은 농도의 글루코오스 검출에 만족할 만한 민감도를 나타내지 못하는 낮은 효율성을 가지며, 전극의 준비는 그 공정이 복잡하고, 시간 소모적이며, 정교한 기술이 요구되는 등의 문제점을 갖는다. In order to overcome the limitations of the enzyme-based glucose biosensor, studies on the non-enzyme-based glucose biosensor have been actively conducted. Republic of Korea Patent Publication '10 -2011-0057845 'provides a diamond electrode for glucose biosensors and a method of manufacturing the same, but most of the pure metals used therein have low efficiency that does not exhibit satisfactory sensitivity for detecting low concentrations of glucose. , Preparation of the electrode has a problem that the process is complicated, time consuming, sophisticated technology is required.

(특허 문헌 1) KR 10-2011-0057845(Patent Document 1) KR 10-2011-0057845 (특허 문헌 2) KR 10-2013-0087239(Patent Document 2) KR 10-2013-0087239

상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 하이드로겔 액적, 카본닷(CD), 글루코스 산화효소(GOx) 및 겨자무과산화효소(HRP)를 포함하여 글루코스에 대한 반응으로 형광 소광 및 크기 감소가 동시에 일어나는 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention includes a hydrogel droplet, carbon dot (CD), glucose oxidase (GOx), and mustard-free peroxidase (HRP). Fluorescence quenching and size reduction occur simultaneously in response to glucose. It is an object to provide a fluorescent hydrogel glucose droplet type biosensor.

또한, 본 발명은 상기 우수한 효과를 지닌 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, it is an object of the present invention to provide a method for producing a fluorescent hydrogel glucose droplet type biosensor having the above excellent effect.

또한, 본 발명은 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서의 구성 요소인 하이드로겔 액적의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a method for producing a hydrogel droplet, which is a component of a fluorescent hydrogel glucose droplet type biosensor.

상기 목적을 해결하기 위하여 본 발명은,The present invention to solve the above object,

하이드로겔 액적; 및Hydrogel droplets; And

상기 하이드로겔 액적에 고정화된 카본닷(CD), 글루코스 산화효소(GOx), 및 겨자무과산화효소(HRP);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서를 제공한다. It provides a fluorescent hydrogel glucose droplet biosensor, characterized in that it comprises; carbon dot (CD), glucose oxidase (GOx), and mustard peroxidase (HRP) immobilized on the hydrogel droplets.

상기 다른 목적을 해결하기 위하여 본 발명은,The present invention to solve the above other object,

하이드로겔 액적을 제조하는 단계;Preparing a hydrogel droplet;

상기 하이드로겔 액적에 가교제를 첨가하여 혼합하는 단계; 및Mixing by adding a crosslinking agent to the hydrogel droplets; And

상기 혼합물에 카본닷(CD), 글루코스 산화효소(GOx) 및 겨자무과산화효소(HRP)를 첨가하여 교반하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서 제조방법을 제공한다.Characterized in that it comprises; a step of adding a carbon dot (CD), glucose oxidase (GOx) and mustard-free peroxidase (HRP) and stirring the mixture, providing a method for manufacturing a fluorescence hydrogel glucose droplet biosensor do.

상기 또 다른 목적을 해결하기 위하여 본 발명은,The present invention to solve the above another object,

상기 하이드로겔 액적에 있어서,In the hydrogel droplet,

유리 모세관의 수평을 맞추는 단계;Leveling the glass capillaries;

상기 유리 모세관의 내부에 분산제 및 개시제를 삽입하는 단계; 및Inserting a dispersant and an initiator into the glass capillary; And

상기 유리 모세관의 외부에서 내부로 촉진제 및 불소계 계면활성제를 투여하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 하이드로겔 액적 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a hydrogel droplet, characterized in that it comprises; administering an accelerator and a fluorine-based surfactant from the outside of the glass capillary.

본 발명에서 제공하는 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서은 하이드로겔 액적, 카본닷(CD), 글루코스 산화효소(GOx) 및 겨자무과산화효소(HRP)를 포함하여 글루코스에 대한 반응으로 형광 소광 및 크기 감소가 동시에 일어나므로 사람 혈청의 주 성분인 글루코스에 대한 선택성이 높은 효과가 있다.Fluorescent hydrogel glucose droplet type biosensor provided by the present invention includes hydrogel droplets, carbon dot (CD), glucose oxidase (GOx) and mustard peroxidase (HRP) to reduce fluorescence quenching and size in response to glucose Because it occurs at the same time, there is a high selectivity effect on glucose, which is a main component of human serum.

또한, 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서는 건조된 상태에서 장시간 보관이 가능하여 안정성이 높으며, pH 반응성이 있어 일정 pH 이상에서 팽윤되어 높은 다공성을 가지게 되므로 바이오센서로 쉽게 적용이 가능한 효과가 있다.In addition, the fluorescent hydrogel glucose droplet biosensor has a high stability because it can be stored for a long time in a dry state, and has high porosity because it has a pH reactivity and swells at a certain pH or higher, so it can be easily applied as a biosensor.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서의 제조과정을 나타낸 것이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 모세관 장치를 이용한 하이드로겔 액적의 제조 과정을 나타낸 것이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 모세관 장치를 이용한 하이드로겔 액적의 제조과정을 초고속 카메라로 촬영한 사진이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서의 직경 비율을 pH의 조건에 따라 나타낸 그래프이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로겔(PAAc) 액적의 직경 비율을 반복되는 pH의 조건에 따라 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예 및 일 비교예에 따라 제조된 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서 및 PAAc-CD 액적의 글루코스 유무에 따른 형광 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서의 시료 검출 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서의 건조 유무 및 글루코스 유뮤에 따른 형광 사진이다.
Figure 1 shows the manufacturing process of a fluorescent hydrogel glucose droplet biosensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 2a shows the manufacturing process of a hydrogel droplet using a capillary device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2b is a photograph taken with a super-high speed camera manufacturing process of a hydrogel droplet using a capillary device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3a is a graph showing the diameter ratio of the fluorescent hydrogel glucose droplet biosensor according to an embodiment of the present invention according to the conditions of pH.
Figure 3b is a graph showing the diameter ratio of the hydrogel (PAAc) droplets according to one embodiment of the present invention according to the conditions of the repeated pH.
4 is a fluorescence photograph according to the presence or absence of glucose in the fluorescent hydrogel glucose droplet type biosensor and PAAc-CD droplets prepared according to an embodiment and a comparative example of the present invention.
5 is a graph showing a sample detection result of a fluorescent hydrogel glucose droplet biosensor according to an embodiment of the present invention.
6 is a fluorescence photograph according to the presence or absence of drying and the presence or absence of glucose of the fluorescent hydrogel glucose droplet biosensor prepared according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 형광 소광 및 크기 감소가 동시에 작동하는 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 카본닷(CO), 글루코스 산화효소(glucose oxidase, GOx) 및 겨자무과산화효소(horseradish peroxidase, HRP)가 고정화 된 비효소 기반의 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogel glucose droplet biosensor and a method for manufacturing the same with fluorescence quenching and size reduction, and specifically, carbon dot (CO), glucose oxidase (GOx), and mustard peroxidase (horseradish peroxidase, HRP) immobilized non-enzyme-based fluorescent hydrogel glucose droplet biosensor and a method for manufacturing the same.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 일측면에 따르면, 하이드로겔 액적; 및According to one aspect of the invention, the hydrogel droplets; And

상기 하이드로겔 액적에 고정화된 카본닷(CD), 글루코스 산화효소(GOx), 및 겨자무과산화효소(HRP);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서를 제공한다.It provides a fluorescent hydrogel glucose droplet biosensor, characterized in that it comprises; carbon dot (CD), glucose oxidase (GOx), and mustard peroxidase (HRP) immobilized on the hydrogel droplets.

하이드로겔은 친수성이 높으며 많은 양의 물을 흡수할 경우, 체적변화를 통하여 외부 자극에 대해 반응할 수 있다. 이러한 특성으로 인해, 가교 결합된 고분자 하이드로겔은 활용도가 높다.Hydrogels have high hydrophilicity and, when absorbing large amounts of water, they can react to external stimuli through volumetric changes. Due to these properties, the crosslinked polymer hydrogel has high utilization.

본 발명에서의 하이드로겔은 친수성의 특성을 가지고 있다면 어떤 것이든 사용할 수 있으나, 폴리아크릴산(poly(acrylic acid) (PAAc)), 폴리아크릴아마이드(poly-(acrylamide) (PAAm)) 및 이들의 유도체를 포함하는 것이 바람직하다.The hydrogel in the present invention can be used as long as it has hydrophilic properties, but polyacrylic acid (poly (acrylic acid) (PAAc)), polyacrylamide (poly- (acrylamide) (PAAm)) and derivatives thereof It is preferred to include.

또한, 하이드로겔 액적은 유중수형(water-in-oil, W/O)의 방울 형태로 단량체 또는 중합체 용액과 함께 미세 유체 채널에서 빠르게 생성될 수 있다. 유중수형은 물이 내상(분산상)이며, 기름(오일)이 외상(분산매)인 것을 의미한다. 외상이 오일이기 때문에 물의 증발이 적다.In addition, hydrogel droplets can be rapidly generated in microfluidic channels with monomer or polymer solutions in the form of water-in-oil (W / O) droplets. The water-in-oil type means that water is the inner phase (dispersion phase) and oil (oil) is the outer phase (dispersion medium). Evaporation of water is small because the trauma is oil.

하이드로겔은 연질의 바이오 조직과 생물학적으로 유사하며, 이를 이용하여 3D 세포 배양, 조직 공학 및 재생 의학 등에 폭 넓게 적용할 수 있다. 합성 하이드로겔은 단백질과 다당류의 천연 하이드로겔에 비해 합성이 진행되는 동안 네트워크 형성과 기능화가 용이하므로 바이오센서로 사용될 수 있다.Hydrogels are biologically similar to soft bio-tissues, and can be widely used in 3D cell culture, tissue engineering, and regenerative medicine. Synthetic hydrogels can be used as biosensors because of the ease of network formation and functionalization during synthesis compared to natural hydrogels of proteins and polysaccharides.

자극 반응성 하이드로겔은 미세 유체 채널에서 외부의 제어 없이 유동의 흐름을 조절하기 위한 밸브로서 사용될 수 있으며, 수용체 분자들로 고정화된 다공성 구조의 하이드로겔 미세 액적은 특이적이고 효율적으로 분석할 분자와 결합하거나 세포 분비물의 포획에 사용될 수 있다.The stimulation-reactive hydrogel can be used as a valve to regulate the flow of flow in the microfluidic channel without external control, and the hydrogel microdroplets of a porous structure immobilized with receptor molecules can be combined with a molecule to be specifically and efficiently analyzed or It can be used to capture cell secretions.

카본닷(carbon dot, CD)은 양자점(quantum dot)의 우수한 광물리학적 특성을 보유하면서도 생체적합성, 무독성, 제조성 및 안정성 면에서 우수한 탄소 나노입자이다. 물에 대한 용해성이 우수하고, 강한 발광성을 가지며, 생체에 대한 적합도가 높고, 표면의 기능화가 용이하며, 장기간의 광 변색을 방지하고, 경제성이 높다는 특징이 있다.Carbon dot (CD) is a carbon nanoparticle that has excellent photophysical properties of quantum dots, but is excellent in biocompatibility, non-toxicity, manufacturability and stability. It has the characteristics of excellent solubility in water, strong luminescence, high compatibility with a living body, easy functionalization of a surface, preventing long-term light discoloration, and high economic efficiency.

일반적으로 자외선을 받아 파란색에서 초록색 사이의 빛을 방출하며, 이러한 발광 현상에는 내부의 탄소 이중결합에 의한 오비탈과 표면에 존재하는 다양한 화학기능기가 중요한 역할을 담당한다.In general, it receives ultraviolet rays and emits blue to green light, and in this luminescence phenomenon, various chemical functional groups present on the orbital and surface due to internal carbon double bonds play an important role.

카본닷(CD)의 최대 소광 효과는 수용성 상태에서 일어나므로, 수분이 흡수된 하이드로겔이 바이오센서의 고체 기질(matrix)로서 적합하게 사용될 수 있다.Since the maximum quenching effect of carbon dot (CD) occurs in a water-soluble state, a hydrogel in which water is absorbed can be suitably used as a solid matrix of a biosensor.

카본닷(CD)은 높은 형광 성질 이외에도 이의 독특한 화학적 구조로 인하여 탄소 골격내에 치료제 분자들이 결합될 수 있고, 이의 표면에는 생체 친화성 리간드 같은 분자들이 추가로 결합될 수 있다. 이와 같은 특성들로 인해, 카본닷(CD)는 진단과 치료가 동시에 가능한 진단치료학(theranostics) 분야에 이상적인 물질로서 개인맞춤 의료를 실현시킬 수 있는 나노입자이다.In addition to its high fluorescence properties, carbon dot (CD) can bind therapeutic molecules in the carbon skeleton due to its unique chemical structure, and molecules such as biocompatible ligands can be additionally bound to its surface. Due to these characteristics, carbon dot (CD) is a nanoparticle capable of realizing personalized medicine as an ideal material in the field of diagnostics where diagnosis and treatment are possible simultaneously.

글루코스 산화효소(glucose oxidase, GOx)는 글루코스를 산소로 산화시켜 글루콘산(D-gluconic acid)을 생성하는 효소로서, 통상적으로 판매 또는 합성할 수 있는 것이라면 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 페니킬리움 노타툼(Penicillium notatum) 등의 곰팡이나 벌꿀에서 발견된 것을 포함할 수 있다.Glucose oxidase (GOx) is an enzyme that oxidizes glucose to oxygen to produce gluconic acid (D-gluconic acid), which is not particularly limited as long as it can be usually sold or synthesized, but is preferably phenicylium May include those found in mold and honey, such as Penitacillium notatum.

글루코스와 글루코스 산화효소(GOx)의 효소 반응에 의해 글루코스가 산화되면 글루콘산(D-gluconic acid) 및 H2O2를 생성할 수 있다. When glucose is oxidized by an enzymatic reaction of glucose and glucose oxidase (GOx), gluconic acid (D-gluconic acid) and H 2 O 2 may be produced.

겨자무과산화효소(horseradish peroxidase, HRP)는 서양고추냉이(horseradish)에서 발견되는 퍼옥시다아제의 일종으로, 분자량은 약 44,000으로 1분자에 1개의 작용기 프로토헤민을 함유한다. 이 효소의 흡수 스펙트럼은 640, 500, 402nm에 흡수 극대를 가지고 있으나, 과산화수소가 효소인 프로토헤마틴의 Fe3+과 결합하여 효소-기질 결합물을 형성하기 때문에 H2O2 또는 CH3OOH를 첨가하면 흡수 스펙트럼에 변화가 생길 수 있다. Horseradish peroxidase (HRP) is a type of peroxidase found in horseradish. It has a molecular weight of about 44,000 and contains one functional group protohemin per molecule. The absorption spectrum of this enzyme has an absorption maximum at 640, 500, and 402 nm, but H 2 O 2 or CH 3 OOH is added because hydrogen peroxide is combined with Fe 3+ of the enzyme protohematine to form an enzyme-substrate bond. If you do, the absorption spectrum may change.

글루코스와 글루코스 산화효소(GOx)의 효소 반응에 의해 생성되는 H2O2는 HRP와 반응하여 -OH 라디칼로 분해되며, 분해된 -OH 라디칼에 의해 카본닷(CD)의 형광 소광이 야기될 수 있다. H 2 O 2 produced by the enzymatic reaction of glucose and glucose oxidase (GOx) reacts with HRP It is decomposed into -OH radical, and fluorescence quenching of carbon dot (CD) may be caused by the decomposed -OH radical.

또한, 글루코스와 글루코스 산화효소(GOx)의 효소 반응에 의해 생성되는 글루콘산은 pH를 감소시키므로 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서의 크기를 감소시킬 수 있다.In addition, gluconic acid produced by the enzymatic reaction of glucose and glucose oxidase (GOx) reduces the pH, thereby reducing the size of the fluorescent hydrogel glucose droplet biosensor.

따라서, 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서은 글루코스 양에 따라 형광 소광의 정도 및 액적의 크기 감소를 동시에 나타낼 수 있다. Therefore, the fluorescent hydrogel glucose droplet type biosensor can simultaneously exhibit the degree of fluorescence quenching and the reduction in the size of the droplets depending on the amount of glucose.

본 발명에서 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서은 직경이 360 ㎛ 내지 570 ㎛이다. 작은 크기의 FHGB 액적은 작은 샘플로 유용하게 사용할 수 있으며, 좁고 제한적인 구역에서 글루코스를 감지하는 데 사용할 수 있어 국소적인 부위의 정보를 제공할 수 있다.In the present invention, the fluorescent hydrogel glucose droplet biosensor has a diameter of 360 µm to 570 µm. Small sized FHGB droplets can be useful as small samples and can be used to detect glucose in narrow, confined areas, providing local site information.

또한, 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서은 건조한 고체 상태로 장기간 저장할 수 있으며 필요할 때마다 물을 이용하여 사용할 수 있다.In addition, the fluorescent hydrogel glucose droplet biosensor can be stored for a long period of time in a dry solid state and can be used with water whenever necessary.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 하이드로겔 액적을 제조하는 단계; 하이드로겔 액적에 가교제를 첨가하여 혼합하는 단계; 및 혼합물에 카본닷(CD), 글루코스 산화효소(GOx) 및 겨자무과산화효소(HRP)를 첨가하여 교반하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the invention, the step of preparing a hydrogel droplets; Mixing by adding a crosslinking agent to the hydrogel droplets; And adding and agitating the mixture by adding carbon dot (CD), glucose oxidase (GOx) and mustard-free peroxidase (HRP); and providing a method for producing a fluorescent hydrogel glucose droplet biosensor. do.

본 발명에서의 하이드로겔은 친수성의 특성을 가지고 있다면 어떤 것이든 사용할 수 있으나, 폴리아크릴산(poly(acrylic acid) (PAAc)), 폴리아크릴아마이드(poly-(acrylamide) (PAAm)) 및 이들의 유도체를 포함하는 것이 바람직하다.The hydrogel in the present invention can be used as long as it has hydrophilic properties, but polyacrylic acid (poly (acrylic acid) (PAAc)), polyacrylamide (poly- (acrylamide) (PAAm)) and derivatives thereof It is preferred to include.

가교제는 N-(3-(디메틸아미노)프로필-N-에틸카르보디이미드 하이드로클로라이드(N-(3-(dimethylamino)propyl)-N-ethylcarbodiimide hydrochloride, EDC·HCl), N-하이드록시석신이미드(N-hydroxysuccinimide, NHS), 및 ,N,N-메틸렌비스(아크릴아마이드)(N,N-methylenebis(acrylamide), MBAm)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함한다.N- (3- (dimethylamino) propyl-N-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDCHCl), N-hydroxysuccinimide (N-hydroxysuccinimide, NHS), and, N, N-methylenebis (acrylamide) (N, N-methylenebis (acrylamide), MBAm).

형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서에 포함되는 카본닷(CD), 글루코스 산화효소(GOx) 및 겨자무과산화효소 (horseradish peroxidase, HRP)은 하이드로겔 액적에 고정화된다. Carbon dot (CD), glucose oxidase (GOx), and horseradish peroxidase (HRP) included in the fluorescent hydrogel glucose droplet biosensor are immobilized on the hydrogel droplet.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 유리 모세관의 수평을 맞추는 단계; 상기 유리 모세관의 내부에 분산제 및 개시제를 삽입하는 단계; 및 상기 유리 모세관의 외부에서 내부로 촉진제 및 불소계 계면활성제를 투여하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 하이드로겔 액적 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the invention, the leveling of the glass capillaries; Inserting a dispersant and an initiator into the glass capillary; And administering an accelerator and a fluorine-based surfactant from the outside of the glass capillary to the inside.

분산제는 아크릴아마이드(acrylamide, AAm), 및 N,N-메틸렌비스(아크릴아마이드)(N,N-methylenebis(acrylamide), MBAm) 중에서 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 개시제는 과황산암모늄(ammonium persulfate, APS), 및 테트라메틸에틸렌디아민(tetramethylethylenediamine, TEMED) 중에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.Dispersant may be at least one selected from acrylamide (AAm), and N, N-methylenebis (acrylamide), MBAm, the initiator is ammonium persulfate, APS), and tetramethylethylenediamine (tetramethylethylenediamine, TEMED).

또한, 하이드로겔 액적은 유중수형(water-in-oil, W/O)의 방울 형태로 단량체 또는 중합체 용액과 함께 미세 유체 채널에서 빠르게 생성될 수 있다. 유중수형은 물이 내상(분산상)이며, 기름(오일)이 외상(분산매)인 것을 의미한다. 외상이 오일이기 때문에 물의 증발이 적다. 하이드로겔 액적은 일부 환경을 정밀하게 제어하는 조작과 높은 투과량 분석이 가능하므로, 대개 단일 분자 또는 세포의 캡슐화에 적용될 수 있다.In addition, hydrogel droplets can be rapidly generated in microfluidic channels with monomer or polymer solutions in the form of water-in-oil (W / O) droplets. The water-in-oil type means that water is the inner phase (dispersion phase) and oil (oil) is the outer phase (dispersion medium). Evaporation of water is small because the trauma is oil. Hydrogel droplets can be applied to encapsulation of single molecules or cells, as they allow precise control of some environments and high permeation analysis.

본 발명의 일 실시예로서 하이드로겔 액적은 PAAm을 음이온 고분자 전해질인 폴리아크릴산(poly(acrylic acid) (PAAc))으로 전환한 후 수평한 방향으로 흐르는 기하학적 구조의 유리 모세관을 갖는 미세 유체 방법(microfluidics)을 사용하여 제조할 수 있다.As an embodiment of the present invention, a hydrogel droplet converts PAAm into an anionic polymer electrolyte, poly (acrylic acid) (PAAc), and then a microfluidics method having a glass capillary having a geometric structure flowing in a horizontal direction. ).

PAAc는 pH 반응성이 뛰어나므로 탈양성자화에 의해 높아지는 pH 조건해서 팽윤하게 된다. 이러한 PAAc 액적은 수축된 상태(산성 조건)에서 pH가 변화되면 내부의 물질을 방출시킬 수 있으므로 높은 다공성의 특징도 가지고 있다. Since PAAc has excellent pH reactivity, it swells under high pH conditions by deprotonation. These PAAc droplets also have a high porosity characteristic because they can release internal substances when the pH is changed in a contracted state (acidic condition).

PAAc는 아민 함유 물질과 가교할 수 있는 카르복실기를 가지고 있으며, N-(3-(디메틸아미노)프로필-N-에틸카르보디이미드 하이드로클로라이드(N-(3-(dimethylamino)propyl)-N-ethylcarbodiimide hydrochloride, EDC·HCl) 가교제를 통해 아민 함유 물질과 가교하여 작용할 수 있다. 이로 인해 PAAc 액적에 고정화될 카본닷(CD)이 에틸렌디아민(ethylene diamine)과 같은 아민 함유 물질을 비롯하여 아민 그룹을 포함한 수많은 작용기 그룹을 가지는 카본닷(CD)으로 제조되어 PAAc에 고정화될 수 있다. PAAc has a carboxyl group that can crosslink with amine-containing substances, and N- (3- (dimethylamino) propyl-N-ethylcarbodiimide hydrochloride (N- (3- (dimethylamino) propyl) -N-ethylcarbodiimide hydrochloride , EDC · HCl) can crosslink with amine-containing substances through crosslinking agents, which causes carbon dots (CD) to be immobilized on PAAc droplets to contain a number of functional groups including amine groups, including amine-containing substances such as ethylene diamine It can be made of carbon dot (CD) having a group and immobilized on PAAc.

카본닷(CD) 외에 글루코스 산화효소(GOx) 및 HRP를 PAAc 액적에 고정시킴으로써, 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서을 제조할 수 있다. 이러한 형광 하이드로겔 글루코스 액적형 바이오센서는 작은 샘플에서 글루코스를 검출하는 새로운 방법을 보여줄 수 있다. Fluorescent hydrogel glucose droplet biosensors can be prepared by fixing glucose oxidase (GOx) and HRP in addition to carbon dot (CD) to PAAc droplets. These fluorescent hydrogel glucose droplet biosensors may show a new way to detect glucose in small samples.

또한, 높은 생체 적합성으로 인해 이식형 연속 검출 액적형 바이오센서에도 적용할 수 있다.In addition, due to its high biocompatibility, it can also be applied to an implantable continuous detection droplet type biosensor.

이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments. However, these examples are intended to illustrate the present invention in more detail, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited thereby.

<실시예><Example>

실시예 1. 카본닷(CD)의 제조Example 1. Preparation of carbon dot (CD)

카본닷(CD)는 미니 bench-top 반응기 (Parr series 4560, Parr Instrument Co., USA)를 사용하여 합성하였다. 구연산 0.4 g 및 에틸렌디아민 270 ㎕을 증류수 80 ml에 용해시켰으며, 용액이 균일하게 혼합되면, 혼합물 200 ml를 반응기로 옮기고 밀봉하여 200℃에서 4시간 동안 가열하였다. 이후, 반응기는 공기 중에서 사용하여 합성하였다. 구연산 0.4 g 및 에틸렌디아민 270 ㎕을 증류 실온 (20 ℃)으로 냉각시켰다. 최종적으로 투명하고 갈적색을 띄는 순수한 카본닷(CD)용액을 획득하였다.Carbon dot (CD) was synthesized using a mini bench-top reactor (Parr series 4560, Parr Instrument Co., USA). 0.4 g citric acid and 270 μl of ethylenediamine were dissolved in 80 ml of distilled water. When the solution was uniformly mixed, 200 ml of the mixture was transferred to a reactor and sealed to heat at 200 ° C. for 4 hours. Thereafter, the reactor was synthesized using air. 0.4 g citric acid and 270 μl ethylenediamine were cooled to distilled room temperature (20 ° C.). Finally, a transparent and brownish pure carbon dot (CD) solution was obtained.

실시예 2. PAAm 하이드로겔 액적 제조 - Microfluidics 방법Example 2. Preparation of PAAm hydrogel droplets-Microfluidics method

사각 유리 모세관(Vitrocom, USA, 0.9 mm × 0.9 mm)은 아무런 표면의 처리 없이 사용되었으며, 둥근 유리 모세관(Vitrocom, USA, 0.7 mm inner diameter (ID) × 0.87 mm outer diameter (OD) × 100 mm length)은 Micropipette Puller (P-97, Sutter Instrument, USA)를 사용하여 반으로 가늘어지게 하였다.Square glass capillaries (Vitrocom, USA, 0.9 mm × 0.9 mm) were used without any surface treatment, round glass capillaries (Vitrocom, USA, 0.7 mm inner diameter (ID) × 0.87 mm outer diameter (OD) × 100 mm length) ) Was tapered in half using a Micropipette Puller (P-97, Sutter Instrument, USA).

에탄올과 증류수로 세척한 둥근 유리 모세관을 85℃에서 10분간 건조하였으며, 플라즈마 시스템(FC-10005, Femto Science, South Korea)을 사용하여 5분간 산소 플라즈마 처리하였다. 처리된 둥근 유리 모세관은 에탄올 중 5 wt%의 tetraethyl orthosilicate (TEOS)가 담긴 유리병에 30분간 담근 후 에탄올과 증류수로 세척하고 드라이 오븐 70℃에서 15분간 건조하였다. 이 후, 사각 유리 모세관 내로 둥근 유리 모세관을 삽입하고 단단히 결합시켜 수평을 맞추었다.The round glass capillaries washed with ethanol and distilled water were dried at 85 ° C. for 10 minutes, and subjected to oxygen plasma treatment for 5 minutes using a plasma system (FC-10005, Femto Science, South Korea). The treated round glass capillary tube was immersed in a glass bottle containing 5 wt% tetraethyl orthosilicate (TEOS) in ethanol for 30 minutes, washed with ethanol and distilled water, and dried in a dry oven at 70 ° C for 15 minutes. Thereafter, the round glass capillaries were inserted into the square glass capillaries and leveled by tight coupling.

하이드로겔 액적을 제조하기 위하여, 분산제로서 수용성 acrylamide (AAm) 단량체 (5 M) 및 가교 결합된 N,N-methylenebis(acrylamide) (MBAm) (0.15 M)와 ammonium persulfate (APS) (0.05 M)를 중앙으로 가늘어진 둥근 모세관을 관통하여 흐르게 하였다. 또한, 동시에 모세관 밖에서 내부로 tetramethylethy-lenediamine (TEMED, 0.5 wt%) 및 불소계 계면활성제(Krytox 157FSH, 2 wt%)를 포함하는 플루오르카본 오일(Novec 7500)을 모세관 내부에 흐르는 용액과 동일한 방향으로 사각 모세관 내 흐르게 하였다. To prepare the hydrogel droplets, water-soluble acrylamide (AAm) monomer (5 M) and cross-linked N, N-methylenebis (acrylamide) (MBAm) (0.15 M) and ammonium persulfate (APS) (0.05 M) as dispersants It flowed through a centrally thin round capillary tube. In addition, at the same time, fluorocarbon oil (Novec 7500) containing tetramethylethy-lenediamine (TEMED, 0.5 wt%) and fluorine-based surfactant (Krytox 157FSH, 2 wt%) from the outside to the inside of the capillary tube is squared in the same direction as the solution flowing inside the capillary. Allowed to flow in the capillaries.

이는 수평한 방향으로 흐르는 기하학적 구조에서 W/O 단일 액적을 생성하기 위한 연속적인 과정이며, 이 과정에서 플루오르카본 오일은 수용성 AAm 단량체 용액을 단순 분산된 액적으로 압착시켰으며, TEMED는 연속적인 과정을 통해 AAm의 중합을 위한 촉진제로 사용되고 용해되었으며, APS는 AAm의 중합을 위한 개시제로 사용되었다. This is a continuous process for generating a single W / O droplet in a horizontally flowing geometric structure, in which fluorocarbon oil compresses the aqueous AAm monomer solution into simple dispersed droplets, and TEMED performs a continuous process. Through, it was used and dissolved as an accelerator for polymerization of AAm, and APS was used as an initiator for polymerization of AAm.

상기 연속적인 과정을 거친 후 50 ml의 유리병 내에서 100℃의 후열처리를 하여 최종적으로 poly(acrylamide) (PAAm) 액적을 제조하였다.After the continuous process, poly (acrylamide) (PAAm) droplets were finally prepared by performing a post-heat treatment at 100 ° C. in a 50 ml glass bottle.

본 실시예에서 유속은 2개의 유체를 2가지 다른 속도로 보낼 수 있는 공압 미세유체 유량 제어 시스템 (OB1 압력 제어기, Elveflow, France)을 사용하여 제어하였으며, 이 시스템은 미세 모세관 장치에 수축 연결 튜브(Tommyheco, Korea, 2.38 mm × 1.59 mm × 2.38 mm) 및 유연한 플라스틱 튜브(Norton, 0.51 mm ID, 1.52 mm OD)를 연결한 것이다.In this embodiment, the flow rate was controlled using a pneumatic microfluidic flow control system (OB1 pressure controller, Elveflow, France) that can send two fluids at two different speeds, the system using a shrinking connecting tube ( Tommyheco, Korea, 2.38 mm × 1.59 mm × 2.38 mm) and flexible plastic tube (Norton, 0.51 mm ID, 1.52 mm OD).

또한, 공기 가스의 속도를 미세하게 조절하고 액체가 들어있는 튜브 안에 가하여 튜브가 가압되었으며, 이를 통해 액체를 튜브를 통해 미세 모세관 장치로 흐르게 하였다. 내부 및 외부 유체의 압력은 각각 10 및 130 mbar였다.In addition, the speed of the air gas was finely adjusted and the tube was pressurized by applying it into the tube containing the liquid, thereby allowing the liquid to flow through the tube to the fine capillary device. The pressures of the internal and external fluids were 10 and 130 mbar, respectively.

실시예 3. Fluorescent hydrogel glucose biosensor (FHGB) 액적 제조Example 3.Fluorescent hydrogel glucose biosensor (FHGB) droplet preparation

20 ml의 유리병에 1 g의 제조된 PAAm 하이드로겔 액적을 TEMED(10 vol %) 1.5 m의 존재하에 NaOH 수용액(3 M) 13.5 mL에 담궈 12시간 동안 교반한 후, 증류수로 세척하여 poly(acrylic acid) PAAc 액적을 제조하였다. In a 20 ml glass bottle, 1 g of the prepared PAAm hydrogel droplet was immersed in 13.5 mL of a NaOH aqueous solution (3 M) in the presence of TEMED (10 vol%) 1.5 m, stirred for 12 hours, and then washed with distilled water to remove poly ( acrylic acid) PAAc droplets were prepared.

PAAc 액적에 N-(3-(dimethylamino)propyl)-N-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC·HCl) 및 N-hydroxysuccinimide (NHS)를 혼합한 EDC/NHS (0.2 M/0.2 M)를 2 ml 첨가하여 활성화시켰다. 이 후, CD (0.58 mg/mL) 5 ml, GOx (45 μM) 및 HRP (15 μM)를 12시간 동안의 교반하여 FHGB 액적을 제조하였으며, 그 과정을 도 1에 도시하였다.Activated by adding 2 ml of EDC / NHS (0.2 M / 0.2 M) mixed with N- (3- (dimethylamino) propyl) -N-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC.HCl) and N-hydroxysuccinimide (NHS) to PAAc droplets . Thereafter, 5 ml of CD (0.58 mg / mL), GOx (45 μM) and HRP (15 μM) were stirred for 12 hours to prepare FHGB droplets, and the process is shown in FIG. 1.

실시예 4. pH에 따른 FHGB 액적의 직경 측정Example 4. Measurement of the diameter of FHGB droplets according to pH

PAAc는 전형적으로 pH 반응성을 갖는 약한 고분자 전해질이므로 PAAc로 제조된 FHGB 액적의 크기는 pH에 대한 반응성을 갖게된다. PAAc is typically a weak polymer electrolyte with pH reactivity, so the size of the FHGB droplets made with PAAc will have reactivity to pH.

실시예에 따라 제조한 FHGB 액적을 pH를 달리한 물에 삽입하여 그 직경을 측정하였으며, 비율로 나타내었다. 액적 직경의 비율(D / D0)에서 D는 특정 pH에서의 직경, D0는 액적의 최대 직경을 나타낸다.The diameter of the FHGB droplets prepared according to the Examples was measured by inserting them into water having a different pH, and expressed as a ratio. In the ratio of the droplet diameter (D / D 0 ), D is the diameter at a specific pH, and D 0 is the maximum diameter of the droplet.

실시예 5. FHGB 액적의 글루코스 검출 시험Example 5. Glucose detection test of FHGB droplets

상기 실시예에 따라 제조한 FHGB 액적의 글루코스 검출 능력을 시험하였다. 글루코스 수용액을 세포에 첨가하였을 경우와 첨가하지 않았을 경우로 나누어 각각의 경우에서 FHGB 액적의 형광 사진을 fluorescence microscope (E600POL, Nikon eclipse, Japan)를 이용하여 촬영하였다.The glucose detection ability of the FHGB droplets prepared according to the above example was tested. In each case, fluorescence pictures of FHGB droplets were taken using a fluorescence microscope (E600POL, Nikon eclipse, Japan).

실시예 6. FHGB 액적의 글루코스 검출 선택도 시험Example 6. Glucose detection selectivity test of FHGB droplets

30 mM 농도의 요소, 아스코르브 산, 도파민, 락토오스, NaCl 및 글루코스 수용액 2 ml을 세포에 첨가 한 후, 상기 실시예에 따라 제조한 FHGB 액적 (0.05 g)의 검출 정도를 확인하기 위하여 Qf 값을 비교하였다.After adding 2 ml of 30 mM urea, ascorbic acid, dopamine, lactose, NaCl and glucose aqueous solution to the cells, the Q f value was checked to confirm the detection degree of FHGB droplets (0.05 g) prepared according to the above example. Compared.

Qf는 소광의 정도를 나타내며, (F - F0) / F0이다. 본 발명에서 F0 360 nm에서 여기될 때 포도당이 없는 경우의 450 nm에서 측정한 PL 강도이며, F는 360 nm에서 여기될 때 포도당이 있는 경우의 450 nm에서 측정한 PL 강도를 의미한다.Q f represents the degree of quenching and is (F-F 0 ) / F 0 . In the present invention, F 0 is PL intensity measured at 450 nm when glucose is not excited when excited at 360 nm, and F means PL intensity measured at 450 nm when glucose is excited when excited at 360 nm.

Photoluminescence (PL)은 UV-vis spectrophotometer (UV-2401 PC, Shimadzu, Japan) 또는 spectrofluorophotometer (RF-5301PC, Shimadzu, Japan)를 사용하여 측정하였으며, 최종적으로 검출하는 물질의 종류에 따라 Qf 값을 구하여 그래프로 나타내었다.Photoluminescence (PL) was measured using a UV-vis spectrophotometer (UV-2401 PC, Shimadzu, Japan) or spectrofluorophotometer (RF-5301PC, Shimadzu, Japan), and finally the Q f value was determined according to the type of the substance to be detected. Graphed.

실시예 7. FHGB 액적의 안정성 시험Example 7. Stability test of FHGB droplets

상기 실시예에 따라 제조된 FHGB 액적을 드라이 오븐에서 건조시키고 장시간 보관한 후 글루코스 검출시험을 진행하여 FHGB 액적의 안정성을 확인하였다.After the FHGB droplets prepared according to the above examples were dried in a dry oven and stored for a long time, a glucose detection test was conducted to confirm the stability of the FHGB droplets.

액적의 건조 4주 후, 건조 상태, 30mM 글루코스의 수용액에 첨가된 상태 및 글루코스가 없는 수용액에 첨가된 상태에서의 형광 사진을 촬영하였다. After 4 weeks of drying of the droplets, fluorescence photographs were taken in a dry state, a state added to an aqueous solution of 30 mM glucose and a state added to an aqueous solution without glucose.

실시예 8. 인간 혈청에서의 FHGB 액적의 글루코스 검출 시험Example 8. Glucose detection test of FHGB droplets in human serum

상기 실시예에 따라 제조된 FHGB 액적을 이용하여 인간 혈청에서의 글루코스 검출 능력을 시험하였다. The ability to detect glucose in human serum was tested using FHGB droplets prepared according to the above example.

증류수를 이용하여 10배 희석한 혈청 2 ml에 FHGB 액적 0.05 g을 첨가하였으며, high-performance liquid chromatography (HPLC)를 사용하여 본래의 혈청 내 글루코스 량과 혈청에 첨가할 글루코스의 량 및 FHGB 액적을 이용하여 검출된 혈청 내 글루코스 량을 측정하였다.0.05 g of FHGB droplets were added to 2 ml of serum diluted 10-fold with distilled water, and the amount of glucose in the original serum and the amount of glucose to be added to the serum and FHGB droplets were used using high-performance liquid chromatography (HPLC). The detected amount of glucose in the serum was measured.

원래 혈청 내 글루코스를 측정 한 후, 크기가 큰 분자를 제거하기 위해 원심 분리한 혈청 시료에 측정된 양의 글루코스를 첨가하여 실험을 진행하였다.After measuring the glucose in the original serum, the experiment was performed by adding the measured amount of glucose to the centrifuged serum sample to remove the large molecule.

비교예 1. PAAc-CD 액적 제조 및 글루코스 검출 시험Comparative Example 1. PAAc-CD droplet preparation and glucose detection test

상기 실시예에 따라 GOx 및 HRP를 포함하지 않고 CD로만 고정화된 PAAc-CD 액적을 제조하여 본 발명의 FHGB 액적과 글루코스 검출 능력을 비교하였다.A PAAc-CD droplet immobilized only with CD without GOx and HRP was prepared according to the above example, and the FHGB droplet and glucose detection ability of the present invention were compared.

<평가 및 결과><Evaluation and Results>

결과 1. PAAm 하이드로겔 액적 제조 - Microfluidics 방법Results 1. Preparation of PAAm hydrogel droplets-Microfluidics method

실시예 2에 따라, PAAm 하이드로겔 액적을 제조하였으며, 그 과정 및 결과를 도 2a 및 도 2b에 도시하였다.According to Example 2, PAAm hydrogel droplets were prepared, and the process and results are shown in FIGS. 2A and 2B.

도 2a는 PAAm 하이드로겔 액적을 제조하기 위한 미세 모세관 장치를 나타낸 것이다. 둥근 유리 모세관은 사각 유리 모세관 내부에 끼워져 수평을 이루며 단단히 밀착되어 있으며, 반으로 가늘어진 입구에서 액적이 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 내부를 흐르는 용액(AAm + MBAm + APS + 증류수)와 외부에서 유입되는 용액(플루오르카본 오일, 불소계 계면활성제 및 TEMED)는 수평으로 동일하게 흐르면서 액적을 형성하였다.Figure 2a shows a fine capillary device for producing PAAm hydrogel droplets. The round glass capillaries were inserted into the inside of the square glass capillaries, making them horizontal and tightly adhered, and it was confirmed that droplets were formed at the inlet tapered in half. The solution flowing inside (AAm + MBAm + APS + distilled water) and the solution flowing from the outside (fluorocarbon oil, fluorine-based surfactant and TEMED) flowed horizontally and formed droplets.

도 2b는 실시예 2의 과정을 초고속 카메라로 촬영한 사진이다. PAAm 하이드로겔 액적을 생산하기 위한 바이오 유체 장치에서 실제 액적이 형성되는 모습을 촬영한 것으로 기준자 크기는 200 ㎛이다. 도 2a와 같이 가늘어지는 둥근 유리 모세관의 입구에서 액적이 형성되는 것을 확인할 수 있었다.2B is a photograph taken in the process of Example 2 with an ultra-high speed camera. In the bio-fluidic device for producing PAAm hydrogel droplets, the actual droplets are formed and the reference size is 200 µm. It was confirmed that droplets were formed at the inlet of the thin round glass capillary tube as shown in FIG. 2A.

결과 2. pH에 따른 FHGB 액적의 직경 측정Result 2. Measurement of the diameter of the FHGB droplet according to the pH

pH에 따른 FHGB 액적의 직경을 측정하고 그 비율 및 pH를 도 3a에 도시하였다. 카르복실기(pH 2 - 4)의 pKa 미만에서 0.6 이하였던 직경 비율은 pH 5에서 약 0.9까지 단계적으로 증가하는 것으로 나타났다.The diameter of the FHGB droplet according to pH was measured, and the ratio and pH are shown in FIG. 3A. It was found that the ratio of the diameter of the carboxyl group (pH 2-4), which was less than 0.6 at pK a , was gradually increased from pH 5 to about 0.9.

그러나, pH 6 - 12에서는 직경 비율이 오르내림을 반복하였으며, pH 12에서 직경비율이 1에 도달하였다. 이에 따라 pKa 이후, PAAc의 카르복실기가 탈양성자화 되고 이온화되어 반발력을 가지며 팽창하게 되고 액적의 부피가 5배 이상 증가하게 되는 결과를 나타낸다.However, the diameter ratio was repeatedly raised and lowered at pH 6-12, and the diameter ratio reached 1 at pH 12. Accordingly, after pK a , the carboxyl group of PAAc is deprotonated and ionized to exhibit repulsive force and expand, and the volume of the droplet increases by 5 times or more.

pKa -log[Ka]로 정의되는 산의 세기정도이며, 강산일수록 그 값이 작으며, H+를 쉽게 잃어 탈양성자화 및 이온화 경향이 커진다. pK a is It is about the intensity of the acid defined by -log [K a] . The stronger the acid, the smaller the value, and easily loses H +, thereby increasing the tendency to deprotonation and ionization.

도 3b는 pH 값이 2에서부터 12까지 변화를 반복하면서 나타나는 PAAc 액적의 직경 비율 변화를 나타낸 것이다. 직경 비율은 pH 값이 2에서 12로, 10회 변경되었을 때, 0.55에서 1 사이를 반복하며 그 값이 변화하는 것을 확인하였다.Figure 3b shows the change in the ratio of the diameter of the PAAc droplets appearing as the pH value is repeated from 2 to 12. As for the diameter ratio, when the pH value was changed from 2 to 12 and 10 times, it was repeated 0.55 to 1, and it was confirmed that the value changed.

이에 따라, 각 변경되는 회마다 직경 비율은 거의 일정하며, FHGB 액적의 팽창 및 수축이 안정적임을 확인할 수 있었다.Accordingly, it was confirmed that the diameter ratio was almost constant for each changed ash, and that the expansion and contraction of the FHGB droplets were stable.

결과 3. FHGB 액적 및 PAAc-CD 액적의 글루코스 검출 비교 시험Results 3. Comparison of glucose detection of FHGB droplets and PAAc-CD droplets

상기 실시예 및 비교에에 따라 제조한 FHGB 액적 및 PAAc-CD 액적의 글루코스 검출 능력을 비교한 결과를 도 4에 도시하였다.The results of comparing the glucose detection ability of the FHGB droplets and PAAc-CD droplets prepared according to the examples and comparisons are shown in FIG. 4.

도 4의 (ⅰ)은 글루코스 수용액을 세포에 첨가하기 전 PAAc-CD 액적 (PAAc- 0.05 g, CD (0.58 mg/ml)- 5 ml)을, (ⅱ)는 글루코스 수용액을 세포에 첨가한 후 PAAc-CD 액적 (PAAc- 0.05 g, CD (0.58 mg/ml)- 5 ml)을 나타내며, (ⅲ)은 글루코스 수용액을 세포에 첨가하기 전 FHGB 액적을, (ⅳ)는 글루코스 수용액을 세포에 첨가한 후 FHGB 액적을 나타낸다.Figure 4 (i) is a PAAc-CD droplet (PAAc- 0.05 g, CD (0.58 mg / ml)-5 ml) before adding an aqueous glucose solution to the cell, (ii) after adding the aqueous glucose solution to the cell PAAc-CD droplets (PAAc- 0.05 g, CD (0.58 mg / ml)-5 ml), (i) FHGB droplets before adding an aqueous glucose solution to the cells, and (ⅳ) adding an aqueous glucose solution to the cells. The FHGB droplets are then shown.

그 결과, PAAc-CD 액적은 글루코스 수용액의 첨가 유무에 상관없이 유사한 형광 정도를 나타내지만, FHGB 액적은 글루코스 수용액이 첨가된 후 현저한 형광 소광 뿐만 아니라 크기의 감소를 나타내는 것을 확인하였다. As a result, it was confirmed that the PAAc-CD droplets showed a similar fluorescence degree with or without the addition of an aqueous glucose solution, but the FHGB droplets exhibited a significant fluorescence quenching as well as a reduction in size after the glucose aqueous solution was added.

글루코스와 글루코스 산화효소(GOx)의 효소 반응에 의해 글루코스가 산화되면 글루콘산(D-gluconic acid) 및 H2O2를 생성할 수 있다. 이 때, 생성된 H2O2는 HRP에 의해 -OH 라디칼로 분해 될 수 있으며, 이 -OH 라디칼은 CD의 형광 소광을 야기할 수 있다. When glucose is oxidized by an enzymatic reaction of glucose and glucose oxidase (GOx), gluconic acid (D-gluconic acid) and H 2 O 2 may be produced. At this time, the generated H 2 O 2 can be decomposed into -OH radicals by HRP, and this -OH radicals can cause fluorescence quenching of CD.

따라서, 액적의 크기 감소가 GOx와 글루코스의 반응에 의한 글루콘산의 생산에 의해 유발되며, 글루코스와의 생물효소 반응은 액적의 크기뿐만 아니라 CD의 형광을 변화시키는 것을 확인할 수 있었다.Therefore, it was confirmed that the reduction in the size of the droplets is caused by the production of gluconic acid by the reaction of GOx and glucose, and the bioenzyme reaction with glucose changes not only the size of the droplets but also the fluorescence of the CD.

결과 4. FHGB 액적의 글루코스 검출 선택도 시험Result 4. FHGB droplet glucose detection selectivity test

30 mM 농도의 요소, 아스코르브 산, 도파민, 락토오스, NaCl 및 글루코스 수용액에 따른 FHGB 액적의 Qf 값을 비교하여 도 5에 도시하였다.The Q f values of the FHGB droplets according to 30 mM urea, ascorbic acid, dopamine, lactose, NaCl and glucose aqueous solutions are compared and shown in FIG. 5.

그 결과, 글루코스를 제외한 모든 분석 물질의 Qf 값은 0.03 미만으로 낮은 값을 나타내어 포도당에 노출 된 경우를 제외하고는 형광 소광이 발생하지 않았으며, 도파민과 글루코스 혼합물은 글루코스와 유사한 Qf 값을 나타내었다.As a result, the Q f value of all analytes except glucose showed a low value of less than 0.03, so that fluorescence quenching did not occur except when exposed to glucose, and the dopamine and glucose mixture had a Q f value similar to glucose. Shown.

이에 따라, GOx 효소의 강한 선택성으로 인하여 다른 물질이 글루코스 검출을 간섭하지 않음을 알 수 있었으며, FHGB 액적은 글루코스에 대해 매우 선택적임을 확인할 수 있었다. Accordingly, it was found that other substances did not interfere with glucose detection due to the strong selectivity of the GOx enzyme, and it was confirmed that the FHGB droplet was very selective for glucose.

결과 5. FHGB 액적의 안정성 시험Results 5. Stability test of FHGB droplets

FHGB 액적의 건조 4주 후, 건조 상태, 30 mM 글루코스의 수용액에 첨가된 상태 및 글루코스가 없는 수용액에 첨가된 상태에서의 형광 사진을 촬영하여 도 6에 도시하였다.After 4 weeks of drying of the FHGB droplets, a fluorescence photograph was taken in a dry state, a state added to an aqueous solution of 30 mM glucose and a state added to an aqueous solution without glucose, and shown in FIG. 6.

그 결과, 건조한 상태의 FHGB 물방울(i)은 높은 형광 강도를 보였으며, 건조 후 4주 후, 포도당이 없는 물에서 팽창된 상태의 액적(ⅱ) 또한 (i)보다는 약하지만 상대적으로 강한 형광을 띄었다.As a result, the dried FHGB water droplets (i) showed high fluorescence intensity, and after 4 weeks after drying, droplets in the expanded state in water without glucose (ii) also showed weaker but relatively strong fluorescence than (i). Floated.

그러나 포도당이 함유 된 물에서 팽창된 상태의 FHGB 액적(ⅲ)은 건조 직후의 FHGB의 형광 소광과 거의 동일한 수준으로 소광됨을 확인하였다.However, it was confirmed that the FHGB droplets in the expanded state in the water containing glucose extinguish at almost the same level as the fluorescence quenching of the FHGB immediately after drying.

따라서, FHGB 액적은 필요에 따라 건조하여 고형화 상태로 보관하여 사용할 수 있으며, 그 안정성 또한 높은 것을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that the FHGB droplets can be dried and stored in a solidified state if necessary, and the stability is also high.

결과 6. 인간 혈청에서의 FHGB 액적의 글루코스 검출 시험Results 6. Glucose detection test of FHGB droplets in human serum

본래의 혈청 내 글루코스 량과 혈청에 첨가할 글루코스의 량 및 FHGB 액적을 이용하여 검출된 혈청 내 글루코스 량을 측정하여 하기 표 1에 도시하였다. The amount of glucose in the serum detected using the original amount of glucose in the serum, the amount of glucose to be added to the serum, and FHGB droplets is shown in Table 1 below.

glucose (mM)glucose (mM) samplesample originaloriginal addedadded measuredmeasured recovery (%)recovery (%) RSD (n=5, %)RSD (n = 5,%) 1One 0.530.53 00 0.490.49 93.693.6 3.913.91 22 0.530.53 0.470.47 1.101.10 110.4110.4 3.763.76 33 0.530.53 1.471.47 1.921.92 96.696.6 6.076.07 44 0.530.53 9.479.47 10.310.3 100.3100.3 4.614.61

상기 표 1에서 original은 인간 혈청의 본래 글루코스 량을 나타내며, added는 첨가된 글루코스의 량을 나타내고, measured는 FHGB 액적을 이용하여 측정된 혈청 내 글루코스 량을 나타낸다. In Table 1, original represents the original glucose amount of human serum, added represents the amount of added glucose, and measured represents the amount of glucose in serum measured using FHGB droplets.

또한, recovery는 글루코스의 회수율을 의미하며, 표 1에서의 글루코스 량을 이용하여 계산하였다.[recovery = (measured) / (original + added) × 100 %]In addition, recovery means the recovery rate of glucose, and was calculated using the amount of glucose in Table 1. [recovery = (measured) / (original + added) × 100%]

그 결과, 첨가된 글루코스의 량에 따라, 95.6 내지 110.4 %의 높은 글루코스 회수율을 확인할 수 있었으며, 따라서 FHGB 액적을 실제 인간 혈청에 적용하여 사용할 수 있음을 확인하였다.As a result, depending on the amount of glucose added, a high glucose recovery rate of 95.6 to 110.4% was confirmed, and thus it was confirmed that FHGB droplets can be applied to and used in actual human serum.

단, 상기 표 1에서 회수율이 100 %가 넘는 경우는, 인간 혈청 내의 다른 생체 물질에 의한 간섭이 반영되어 나타난 결과이나, 그 편차는 미미한 것으로 나타났다.However, in Table 1, when the recovery rate is more than 100%, interference by other biological substances in human serum is reflected, but the deviation is insignificant.

Claims (12)

카르복실기를 포함하는 중화된 다공성의 하이드로겔 액적;
상기 하이드로겔 액적의 외부 표면에 공유결합하여 고정화된 카본닷(CD); 및
상기 하이드로겔 액적의 외부 표면 및 상기 카본닷 중에서 선택된 하나 이상에 고정화된 글루코스 산화효소(GOx) 및 겨자무과산화효소(HRP);를 포함하고,
상기 하이드로겔 액적과 카본닷은 아미드결합을 형성하며,
액적의 최대직경을 기준으로 하여 pH 2 내지 pH 12에서의 직경의 비율이 0.55 내지 1.00인 것을 특징으로 하는, 형광 하이드로겔 액적형 글루코스 바이오센서.
Neutralized porous hydrogel droplets comprising a carboxyl group;
A carbon dot (CD) immobilized by covalently bonding to the outer surface of the hydrogel droplet; And
Includes; glucose oxidase (GOx) and mustard-free peroxidase (HRP) immobilized on at least one selected from the outer surface of the hydrogel droplet and the carbon dot; and
The hydrogel droplet and the carbon dot form an amide bond,
Fluorescent hydrogel droplet type glucose biosensor, characterized in that the ratio of the diameter at pH 2 to pH 12 is 0.55 to 1.00 based on the maximum diameter of the droplet.
제1항에 있어서,
상기 하이드로겔 액적은 폴리아크릴산(poly(acrylic acid) (PAAc)), 폴리아크릴아마이드(poly-(acrylamide) (PAAm)), 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 형광 하이드로겔 액적형 글루코스 바이오센서.
According to claim 1,
The hydrogel droplet is characterized in that it contains any one or more selected from the group consisting of polyacrylic acid (poly (acrylic acid) (PAAc)), polyacrylamide (poly- (acrylamide) (PAAm)), and derivatives thereof Fluorescent hydrogel droplet type glucose biosensor.
제1항에 있어서,
상기 하이드로겔 액적은 유중수형(water-in-oil, W/O)의 방울 형태인 것을 특징으로 하는, 형광 하이드로겔 액적형 글루코스 바이오센서.
According to claim 1,
The hydrogel droplet is characterized in that the water-in-oil (W / O) droplet form, a fluorescent hydrogel droplet type glucose biosensor.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
직경이 360 ㎛ 내지 570 ㎛인 것을 특징으로 하는, 형광 하이드로겔 액적형 글루코스 바이오센서.
The method according to any one of claims 1 to 3,
Fluorescent hydrogel droplet type glucose biosensor, characterized in that the diameter is 360 μm to 570 μm.
카르복실기를 포함하는 중화된 다공성의 하이드로겔 액적을 제조하는 단계;
상기 하이드로겔 액적에 가교제를 첨가하고 혼합하여 가교제를 활성화시키는 단계; 및
상기 혼합물에 카본닷(CD), 글루코스 산화효소(GOx), 및 겨자무과산화효소(HRP)를 첨가하여 반응시키는 단계;를 포함하고,
상기 카본닷은 가교제를 통해 상기 하이드로겔 액적과 아미드결합을 형성하여 하이드로겔 액적의 외부 표면에 고정화되며,
상기 글루코스 산화효소 및 겨자무과산화효소는 상기 하이드로겔 액적의 외부 표면 및 카본닷 중에서 선택된 하나 이상에 고정화되는 것을 특징으로 하는, 형광 하이드로겔 액적형 글루코스 바이오센서 제조방법.
Preparing a neutralized porous hydrogel droplet containing a carboxyl group;
Adding a crosslinking agent to the hydrogel droplets and mixing to activate the crosslinking agent; And
Including the reaction by adding carbon dot (CD), glucose oxidase (GOx), and mustard-free peroxidase (HRP) to the mixture;
The carbon dot is immobilized on the outer surface of the hydrogel droplet by forming an amide bond with the hydrogel droplet through a crosslinking agent,
The glucose oxidase and mustard-free peroxidase are characterized in that they are immobilized on at least one selected from the outer surface of the hydrogel droplets and carbon dots, a method for manufacturing a fluorescent hydrogel droplet-type glucose biosensor.
제5항에 있어서,
상기 하이드로겔 액적은 폴리아크릴산(poly(acrylic acid) (PAAc)), 폴리아크릴아마이드(poly-(acrylamide) (PAAm)), 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 형광 하이드로겔 액적형 글루코스 바이오센서 제조방법.
The method of claim 5,
The hydrogel droplet is characterized in that it contains any one or more selected from the group consisting of polyacrylic acid (poly (acrylic acid) (PAAc)), polyacrylamide (poly- (acrylamide) (PAAm)), and derivatives thereof A method of manufacturing a fluorescent hydrogel droplet type glucose biosensor.
제5항에 있어서,
가교제는 N-(3-(디메틸아미노)프로필-N-에틸카르보디이미드 하이드로클로라이드(N-(3-(dimethylamino)propyl)-N-ethylcarbodiimide hydrochloride, EDC·HCl), N-하이드록시석신이미드(N-hydroxysuccinimide, NHS), 및 ,N,N-메틸렌비스(아크릴아마이드)(N,N-methylenebis(acrylamide), MBAm)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 형광 하이드로겔 액적형 글루코스 바이오센서 제조방법.
The method of claim 5,
N- (3- (dimethylamino) propyl-N-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDCHCl), N-hydroxysuccinimide Fluorescent hydro, characterized in that it contains at least one selected from the group consisting of (N-hydroxysuccinimide, NHS), and, N, N-methylenebis (acrylamide) (N, N-methylenebis (acrylamide), MBAm) Method for manufacturing a gel droplet type biosensor.
제5항에 있어서,
상기 카본닷(CD), 글루코스 산화효소(GOx), 및 겨자무과산화효소(HRP)는 하이드로겔 액적에 고정화되는 것을 특징으로 하는, 형광 하이드로겔 액적형 글루코스 바이오센서 제조방법.
The method of claim 5,
The carbon dot (CD), glucose oxidase (GOx), and mustard-free peroxidase (HRP), characterized in that immobilized on the hydrogel droplets, fluorescent hydrogel droplet type glucose biosensor manufacturing method.
둥근 유리 모세관을 사각 유리 모세관 내부에 끼우고 수평을 맞추어 미세 모세관 장치를 형성하는 제 1 단계;
상기 미세 모세관 장치 외부에서 내부로 분산제, 개시제, 촉진제, 및 불소계 계면활성제를 투여하는 제 2 단계; 및
상기 제 2 단계의 미세 모세관 장치를 열처리하는 제 3 단계를 포함하고,
상기 촉진제 및 불소계 계면활성제가 상기 둥근 유리 모세관의 외부와 상기 사각 유리 모세관의 내부에 흐르면서 액적을 형성하는 것을 특징으로 하는, 제 1항에 따른 하이드로겔 액적 제조방법.
A first step of fitting a round glass capillary inside a square glass capillary and leveling to form a fine capillary device;
A second step of administering a dispersant, an initiator, an accelerator, and a fluorine-based surfactant from outside the inside of the microcapillary device; And
And a third step of heat-treating the fine capillary device of the second step,
The method for producing a hydrogel droplet according to claim 1, wherein the accelerator and the fluorine-based surfactant form droplets while flowing outside the round glass capillary and inside the square glass capillary.
제9항에 있어서,
상기 분산제는 아크릴아마이드(acrylamide, AAm), 및 N,N-메틸렌비스(아크릴아마이드)(N,N-methylenebis(acrylamide), MBAm) 중에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 제 1항에 따른 하이드로겔 액적 제조방법.
The method of claim 9,
The dispersant is at least one selected from acrylamide (acrylamide, AAm), and N, N-methylenebis (acrylamide), MBAm, hydro according to claim 1 Method of manufacturing a gel droplet.
제9항에 있어서,
상기 개시제는 과황산암모늄(ammonium persulfate, APS), 및 테트라메틸에틸렌디아민(tetramethylethylenediamine, TEMED) 중에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 제 1항에 따른 하이드로겔 액적 제조방법.
The method of claim 9,
The initiator is characterized in that at least one selected from ammonium persulfate (ammonium persulfate, APS), and tetramethylethylenediamine (TEMED), hydrogel droplet production method according to claim 1.
제9항에 있어서,
상기 하이드로겔 액적은 유중수형(water-in-oil, W/O)의 방울 형태인 것을 특징으로 하는, 제 1항에 따른 하이드로겔 액적 제조방법.
The method of claim 9,
The method of claim 1, wherein the hydrogel droplet is in the form of a water-in-oil (W / O) droplet.
KR1020180121428A 2018-10-11 2018-10-11 Fluorescent Hydrogel Glucose Droplet Type Biosensors and its Preparing Method KR102105914B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180121428A KR102105914B1 (en) 2018-10-11 2018-10-11 Fluorescent Hydrogel Glucose Droplet Type Biosensors and its Preparing Method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180121428A KR102105914B1 (en) 2018-10-11 2018-10-11 Fluorescent Hydrogel Glucose Droplet Type Biosensors and its Preparing Method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200041230A KR20200041230A (en) 2020-04-21
KR102105914B1 true KR102105914B1 (en) 2020-05-12

Family

ID=70456489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180121428A KR102105914B1 (en) 2018-10-11 2018-10-11 Fluorescent Hydrogel Glucose Droplet Type Biosensors and its Preparing Method

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102105914B1 (en)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101108524B1 (en) 2009-11-25 2012-01-30 고려대학교 산학협력단 Diamond electrode for glucose biosensor and method for preparing the same
KR101370724B1 (en) 2012-01-27 2014-03-06 부산대학교 산학협력단 Sensor for detecting saccharides and detection method of saccharides using the same

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Eur Polym J., 2015, Vol. 72, pp. 386-412*
RSC Advances, 2015, Vol. 5, pp. 69042-69046*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200041230A (en) 2020-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wolfbeis et al. A new sensing material for optical oxygen measurement, with the indicator embedded in an aqueous phase
Zhang et al. Quantum dots-based hydrogels for sensing applications
Miyata Preparation of smart soft materials using molecular complexes
JP2821026B2 (en) Solid state sensor
JP4727725B2 (en) Molecularly imprinted polymers and their use in diagnostic devices
US9150788B2 (en) Non-amphiphile-based water-in-water emulsion and uses thereof
US6858403B2 (en) Polymer matrix containing catalase co-immobilized with analytic enzyme that generates hydrogen peroxide
KR102052988B1 (en) Carbon-Dot-Based Ratiometric Fluorescence Glucose Biosensor
ES2461616T3 (en) Western blot immunoassay using a hydrophilic immunoblot membrane, high protein binding capacity, low fluorescence
AU2005204324A1 (en) Ionic hydrophilic high molecular weight redox ploymers for use in enzymatic electrochemical-based sensors
Ramaraj et al. Interpenetrating hydrogel networks based on gelatin and polyacrylamide: Synthesis, swelling, and drug release analysis
JP2006525508A (en) Multi-coat or multilayer uptake matrix for protein biosensors
JPS6287163A (en) Production of antithrombotic material
KR102105914B1 (en) Fluorescent Hydrogel Glucose Droplet Type Biosensors and its Preparing Method
CN107271410B (en) Method for rapidly detecting activity of bacteria or fungi
Kazemifard et al. A review of the incorporation of QDs and imprinting technology in optical sensors–imprinting methods and sensing responses
JP4691333B2 (en) Fluorescent monomer compound for saccharide measurement, fluorescent sensor substance for saccharide measurement, and saccharide measurement sensor for implantation in the body
ATE363498T1 (en) LATEX POLYMER PARTICLES CONTAINING LIGHT SUBSTANCE OR CONTRAST AGENTS AND THEIR PRODUCTION PROCESS
CN112322280A (en) Preparation method of piperazine functionalized carbon quantum dots and application of piperazine functionalized carbon quantum dots in oxytetracycline detection
JP2003521248A (en) Analyte diffusion limiting membrane by casting using photopolymerizable hydrophilic monomers
CN109908874A (en) A kind of novel MoS2QDs@MIPs molecularly imprinted polymer and preparation method
KR100508114B1 (en) Formation method of outermost layer of enzymatic electrode sensor
KR20160128820A (en) Liquid crystal-based glucose biosensor functionalized with mixed PAA and QP4VP brushes
Sarkar et al. Hydrogel for Sensing Applications
KR20190019351A (en) PAA-APBA coated liquid crystal microdroplet, manufacturing method thereof and non enzyme-based glucose biosensor using the same

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
AMND Amendment
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)