KR102195506B1 - Detection sensor of heavy metal ion and method thereof - Google Patents

Detection sensor of heavy metal ion and method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR102195506B1
KR102195506B1 KR1020180161879A KR20180161879A KR102195506B1 KR 102195506 B1 KR102195506 B1 KR 102195506B1 KR 1020180161879 A KR1020180161879 A KR 1020180161879A KR 20180161879 A KR20180161879 A KR 20180161879A KR 102195506 B1 KR102195506 B1 KR 102195506B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode substrate
heavy metal
water
self
ions
Prior art date
Application number
KR1020180161879A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200073571A (en
Inventor
김연상
박준우
양영준
윤선근
Original Assignee
서울대학교산학협력단
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 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020180161879A priority Critical patent/KR102195506B1/en
Publication of KR20200073571A publication Critical patent/KR20200073571A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102195506B1 publication Critical patent/KR102195506B1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • G01N27/333Ion-selective electrodes or membranes
    • G01N27/3335Ion-selective electrodes or membranes the membrane containing at least one organic component

Abstract

본 발명은 액체 물방울의 기계적 움직임을 통해 액체와 고체 표면의 접촉면적 변화에 발생하는 전기신호의 변화를 바탕으로 고체 표면에 흡착된 특정 중금속이온(구리, 납)을 탐지하는 센서 및 이를 이용한 중금속 탐지 방법에 관한 것이다. 고체 표면에서 이온의 특이성 흡착으로 인해 변화하는 표면성질을 이용하여 높은 선택도와 민감도로 액상의 이온을 탐지할 수 있다. 또한 자가발전에 의한 전기신호 발생이 가능하며 매우 간단하고 저렴한 방식으로 제작이 가능하다는 장점이 있다.The present invention is a sensor that detects specific heavy metal ions (copper, lead) adsorbed on a solid surface based on a change in an electrical signal generated by a change in the contact area between a liquid and a solid surface through the mechanical motion of a liquid droplet, and heavy metal detection using the same It's about how. Liquid ions can be detected with high selectivity and sensitivity by using the surface properties that change due to the specific adsorption of ions on the solid surface. In addition, it has the advantage that it is possible to generate an electric signal by self-generation and that it can be manufactured in a very simple and inexpensive manner.

Description

중금속 이온탐지 센서 및 이를 이용한 중금속 이온탐지 방법{Detection sensor of heavy metal ion and method thereof}Heavy metal ion detection sensor and heavy metal ion detection method using the same TECHNICAL FIELD [Detection sensor of heavy metal ion and method thereof]

본 발명은 중금속 이온탐지 센서 및 이를 이용한 중금속 이온탐지 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 선택도와 민감도로 중금속 이온을 탐지할 수 있는 중금속 이온탐지 센서 및 이를 이용한 중금속 이온탐지 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heavy metal ion detection sensor and a heavy metal ion detection method using the same, and more particularly, to a heavy metal ion detection sensor capable of detecting heavy metal ions with high selectivity and sensitivity, and a heavy metal ion detection method using the same.

화학, 생물학, 의학 및 환경 분야 등 많은 분야에서는 시험 용액에 함유되어 있는 다양한 이온의 농도를 신속 정확하게 분석할 필요가 있고, 이러한 분석에는 특정 이온에 대한 선택성이 있는 화학센서 물질들이 사용된다. 이러한 물질은 특정 이온에 대한 전기, 저항 등의 전기적 성질이나, 색채, 형광 등의 광학적 성질의 변화를 측정하여 특정 이온의 분석에 적용될 수 있다.In many fields such as chemistry, biology, medicine, and environment, it is necessary to quickly and accurately analyze the concentration of various ions contained in a test solution, and chemical sensor materials having selectivity for specific ions are used for this analysis. These materials can be applied to analysis of specific ions by measuring changes in electrical properties such as electricity and resistance to specific ions or optical properties such as color and fluorescence.

화학센서 물질 중 중금속 양/음이온, 유기물질, 강산 등을 감지하는 센서물질의 개발은 산업, 환경, 바이오 분야 등에서 이들의 잠재적인 적용 가능성 때문에 지난 수십 년간 많은 관심을 받아왔다. 다만 센서물질의 색상이나 형광의 변화에 의한 양/음이온, 유기물질, 강산 등의 감지는 분석 대상의 다양한 특성으로 인하여 충분한 선택성 또는 민감도를 얻는 것이 어려워 일부 물질에만 제한적으로 적용되고 있다.Among chemical sensor materials, the development of sensor materials that detect positive and negative ions of heavy metals, organic materials, and strong acids has attracted a lot of attention over the past decades because of their potential applicability in industries, environments, and bio fields. However, detection of positive/anion, organic substances, strong acids, etc. due to changes in the color or fluorescence of the sensor material is limited to some materials because it is difficult to obtain sufficient selectivity or sensitivity due to various characteristics of the analysis target.

최근 들어 환경오염이 날로 증가되고 있고 그 중의 중금속 물질이 인체에 치명적인 영향을 미친다고 알려져 있으며 관심 또한 높아지고 있다. 중금속이 장기간 동안 인체에 축적되면 만성질환을 유발하는 것으로 알려져 있다. 특히 이온화 상태의 구리(Cu2+)는 신경퇴행성 질환을 일으키는 중금속으로 철저한 관리가 필요하다. 또한, 납이 인체에 흡수되면 다시 체외로 배출되지 않고 축적되어 인체 내 여러 생리 대사 반응에 부정적인 영향을 미친다. 납 중독은 두통과 어지럼증을 유발하고, 심장, 신장 및 신경계 등에 치명적인 위험을 초래할 수 있으며, 특히 어린이들이 납에 중독된 경우에는 학습 및 행동 발달이 저해될 수 있다. 중금속 오염의 심각성을 인지하고 피해를 예방하기 위해 중금속 이온을 검출하는 다양한 분석방법이 활용되고 있다.In recent years, environmental pollution is increasing day by day, and heavy metal substances among them are known to have a fatal effect on the human body, and interest is also increasing. When heavy metals accumulate in the human body for a long period of time, it is known to cause chronic diseases. In particular, ionized copper (Cu 2+ ) is a heavy metal that causes neurodegenerative diseases and requires thorough management. In addition, when lead is absorbed into the human body, it is not excreted again, but is accumulated and negatively affects various physiological and metabolic reactions in the body. Lead poisoning can cause headaches and dizziness, and can pose a fatal risk to the heart, kidneys, and nervous system. In particular, lead poisoning in children may impair learning and behavioral development. In order to recognize the severity of heavy metal contamination and prevent damage, various analysis methods for detecting heavy metal ions are used.

다만, 종래의 이온센서 혹은 화학적 센서들은 외부전력을 필요로 하거나 이온감지전계효과 트랜스지터와 같이 복잡한 증착, 패터닝 공정을 필요로 하며, 광학적 측정 전기화학적 측정 등을 위해서는 매우 복잡하고 정교한 측정장치가 필요하고, 유도결합 플라즈마 질량 분석법을 이용할 경우 실험 스케일의 장비가 요구되는 실정이다.However, conventional ion sensors or chemical sensors require external power or complex deposition and patterning processes such as ion sensing field effect transistors, and very complex and sophisticated measuring devices are required for optical measurement and electrochemical measurement. And, in the case of using the inductively coupled plasma mass spectrometry, equipment of an experimental scale is required.

대한민국 등록특허 제10-1746517호Korean Patent Registration No. 10-1746517

본 발명은 자가발전이 가능하여 간단한 구성으로도 높은 선택도와 민감도로 액상 시료 내 포함된 중금속 이온을 탐지할 수 있고 중금속 이온의 농도까지 측정 가능한 중금속 이온탐지 센서 및 이를 이용한 중금속 이온탐지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention provides a heavy metal ion detection sensor capable of self-power generation and detection of heavy metal ions contained in a liquid sample with high selectivity and sensitivity with high selectivity and sensitivity, and a heavy metal ion detection method using the same. It is aimed at.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 제1 전극기판; 상기 제1 전극기판에 대향되는 제2 전극기판; 및 상기 제1 전극기판 상부에 형성되는 절연층;을 포함하며, 상기 제1 전극기판 상부 표면에 위치하는 이온성 액체 또는 물의 접촉 표면 변화에 의해 발생하는 전기에너지의 변화량에 의해 중금속 이온을 탐지하는 것인 중금속 이온탐지 센서를 제공한다.The present invention to achieve the above object, the first electrode substrate; A second electrode substrate facing the first electrode substrate; And an insulating layer formed on the first electrode substrate, and detecting heavy metal ions by the amount of change in electrical energy generated by a change in the contact surface of water or ionic liquid positioned on the upper surface of the first electrode substrate. It provides a heavy metal ion detection sensor.

또한, 본 발명은 제1 전극기판; 상기 제1 전극기판에 대향되는 제2 전극기판; 상기 제1 전극기판 상부에 형성되는 절연층; 및 상기 절연층 상부에 형성되는 자가조립 단분자층;을 포함하며, 상기 자가조립 단분자층 상부 표면에 위치하는 이온성 액체 또는 물의 접촉 표면 변화에 의해 발생하는 전기에너지의 변화량에 의해 중금속 이온을 탐지하는 것인 중금속 이온탐지 센서를 제공한다.In addition, the present invention is a first electrode substrate; A second electrode substrate facing the first electrode substrate; An insulating layer formed on the first electrode substrate; And a self-assembled monomolecular layer formed on the insulating layer, and detects heavy metal ions by an amount of change in electrical energy generated by a change in the contact surface of water or an ionic liquid positioned on the upper surface of the self-assembled monomolecular layer. Provides heavy metal ion detection sensor.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 제2 전극기판의 수직 상하운동에 의해 상기 제1 전극기판 상부 표면에 위치하는 이온성 액체 또는 물의 접촉 표면의 변화가 발생하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, a change in the contact surface of the ionic liquid or water located on the upper surface of the first electrode substrate may occur due to vertical vertical motion of the second electrode substrate.

본 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 상기 이온성 액체는 중금속 이온을 포함하는 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the ionic liquid may contain heavy metal ions.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 있어서, 상기 자가조립 단분자층은 발수성 코팅 물질 및 이온 흡착 물질을 포함할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the self-assembled monomolecular layer may include a water repellent coating material and an ion adsorption material.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 있어서, 상기 이온 흡착 물질은, N 1 -(3-Trimethoxysilylpropyl)diethylenetriamine) 또는 N-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the ion adsorption material may be N 1 -(3-Trimethoxysilylpropyl)diethylenetriamine) or N-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 있어서, 상기 발수성 코팅 물질은 실란(silane)계 물질, 플루오르중합체(Fluoropolymer) 물질, 트리클로로실란(Trichlorosilane), 트리에톡시실란(Trimethoxysilane), 펜타플루오르페닐프로필트리클로로실란(Pentafluorophenylpropyltrichlorosilane), (벤질옥시)알킬트리메톡시실란((Benzyloxy)alkyltrimethoxysilane, BSM-22), (벤질옥시)알킬트리클로로실란((Benzyloxy)alkyltrichlorosilane, BTS), 헥사메틸디실라잔 (Hexamethyldisilazane, HMDS), 옥타데실트리클로로실란 (Octadecyltrichlorosilane, OTS), 옥타데실트리메톡시실란 (Octadecyltrimethoxysilane; OTMS) 및 디비닐테트라메틸디실록산-비스-(벤조시클로부텐) (Divinyltetramethyldisiloxane-bis(benzocyclobutene), BCB)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 1종일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the water repellent coating material is a silane-based material, a fluoropolymer material, a trichlorosilane, a trimethoxysilane, and pentafluorophenylpropyltrichloro. Losilane (Pentafluorophenylpropyltrichlorosilane), (Benzyloxy)alkyltrimethoxysilane ((Benzyloxy)alkyltrimethoxysilane, BSM-22), (Benzyloxy)alkyltrichlorosilane ((Benzyloxy)alkyltrichlorosilane, BTS), Hexamethyldisilazane , HMDS), octadecyltrichlorosilane (OTS), octadecyltrimethoxysilane (OTMS) and divinyltetramethyldisiloxane-bis-(benzocyclobutene) (Divinyltetramethyldisiloxane-bis (benzocyclobutene), BCB ) It may be any one selected from the group consisting of.

또한, 본 발명은 제1 전극기판 및 제2 전극기판을 준비하는 단계; 상기 제1 전극기판 상부에 절연층을 적층하는 단계; 상기 절연층 상부에 자가조립 단분자층을 형성하는 단계; 및 상기 자가조립 단분자층 상부 표면에 이온성 액체 또는 물을 접촉시켜 이온을 상기 자가조립 단분자층의 상부 표면에 흡착시키는 단계;를 포함하는 중금속 이온탐지 센서의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing a first electrode substrate and a second electrode substrate; Stacking an insulating layer on the first electrode substrate; Forming a self-assembled monolayer on the insulating layer; And adsorbing ions to the upper surface of the self-assembled monolayer by contacting an ionic liquid or water with the upper surface of the self-assembled monolayer. It provides a method of manufacturing a heavy metal ion detecting sensor comprising a.

상기 자가조립 단분자층은 상기 절연층 상부에 발수성 코팅 물질 및 이온 흡착 물질을 도포 또는 증착하여 형성될 수 있다.The self-assembled monolayer may be formed by coating or depositing a water-repellent coating material and an ion adsorption material on the insulating layer.

또한, 본 발명은 상술한 중금속 이온탐지 센서를 이용하며, 상기 제1 전극기판의 상부 표면에 상기 물을 흡착시킨 후, 상기 제2 전극기판의 수직 상하운동에 의해 상기 물과 상기 제1 전극기판 상부 표면의 접촉면 변화에 따라 발생하는 전기 발생량을 획득하는 단계; 상기 제1 전극기판 상부 표면에 상기 이온성 액체를 흡착시킨 후, 상기 제2 전극기판의 수직 상하 운동에 의해 상기 이온성 액체와 상기 제1 전극기판 상부 표면의 접촉면 변화에 따라 발생하는 전기 발생량을 획득하는 단계; 및 상기 물의 전기 발생량과 상기 이온성 액체의 전기 발생량을 비교하여 중금속 이온을 탐지하는 단계;를 포함하는 것인 중금속 이온탐지 방법을 제공한다.In addition, the present invention uses the above-described heavy metal ion detection sensor, and after adsorbing the water on the upper surface of the first electrode substrate, the water and the first electrode substrate are vertically moved up and down. Acquiring an amount of electricity generated according to a change in the contact surface of the upper surface; After adsorbing the ionic liquid on the upper surface of the first electrode substrate, the amount of electricity generated according to the change in the contact surface between the ionic liquid and the upper surface of the first electrode substrate by vertical vertical motion of the second electrode substrate is measured. Obtaining; And detecting heavy metal ions by comparing the amount of electricity generated by the water and the amount of electricity generated by the ionic liquid.

본 발명은 액체 물방울의 기계적 움직임을 통해 액체와 고체 표면의 접촉면적 변화에 발생하는 전기신호의 변화를 바탕으로 고체 표면에 흡착된 특정 중금속이온(구리, 납)을 탐지하는 센서 및 이를 이용한 중금속 탐지 방법에 관한 것이다. 고체 표면에서 이온의 특이성 흡착으로 인해 변화하는 표면성질을 이용하여 높은 선택도와 민감도로 액상의 이온을 탐지할 수 있다. 또한 자가발전에 의한 전기신호 발생이 가능하며 매우 간단하고 저렴한 방식으로 제작이 가능하다는 장점이 있다.The present invention is a sensor that detects specific heavy metal ions (copper, lead) adsorbed on a solid surface based on a change in an electrical signal generated by a change in the contact area between a liquid and a solid surface through the mechanical motion of a liquid droplet, and heavy metal detection using the same It's about how. Liquid ions can be detected with high selectivity and sensitivity by using the surface properties that change due to the specific adsorption of ions on the solid surface. In addition, it has the advantage that it is possible to generate an electric signal by self-generation and that it can be manufactured in a very simple and inexpensive manner.

도 1은 본 발명의 중금속 이온탐지 센서를 이용하여 액상 시료의 중금속 이온을 탐지하는 과정을 나타낸 도이다. 도 1의 (a)는 이온탐지 센서의 수직방향의 기계적 움직임을 통한 기준신호를 측정하는 것을 나타낸 도이고, 도 1의 (b)는 목표 이온을 포함한 액체 시료의 표면 노출과 자가 조립 단분자층에서의 화학적 흡착을 보여주는 도이며, 도 1의 (c)는 화학적 흡착 후 이온탐지 센서의 수직방향 운동을 통한 탐지신호를 측정하는 것을 나타낸 도이다. 이때, 각 도의 우측에는 자가 조립 단분자층(self-assembled monolayer, SAM)의 상태를 나타내었다. 도 1의 (a)의 우측은 자가 조립 단분자층의 초기 상태(Initial State)를 나타낸 것이고, 도 1의 (b)의 우측은 구리 이온이 이온흡착 물질의 작용기와 결합하는 것을 나타낸 것이며, 도 1의 (c)의 우측은 이온이 흡착된 자가 조립 단분자층(Ion adsorbed SAM)의 최종 상태(Final State)를 나타낸 것이다.
도 2는 액상 시료의 목표 이온이 자가 조립 단분자층에서 화학적 흡착된 상태를 보여주는 도이다. 도 2의 좌측은 자가 조립 단분자층의 초기 상태(Initial State)를 나타낸 것이고, 우측은 구리 이온이 흡착된 자기 조립 단분자층의 상태(Cu2+ Adsorption State)를 나타낸 것이다.
도 3은 액상 시료의 목표 이온 농도 및 시간(Time)에 따른 전압(Voltage) 신호변화 그래프이다.
도 4는 구리 이온과 납 이온의 농도(Ion Concentration)에 따른 이온탐지 센서의 상대전압 변화 그래프이다. 검정색 네모는 구리 이온이 흡착된 것에 대한 결과이고, 빨간색 동그라미는 납 이온이 흡착된 것에 대한 결과이며, 파란색 테두리의 네모는 이온 흡착물질을 미포함한 자가 조립 단분자층에서 구리 이온을 흡착한 것(Cu2+ without T-DETA)에 대한 결과이다.
도 5는 이온탐지 센서의 여러 이온(Ion Species) 중 구리 이온과 납 이온의 선택도 측정 결과이다. 'Pushing'은 제2 전극기판에 의해 힘이 가해진 경우, 'Releasing'은 힘이 제거된 경우에 대한 값이다.
도 6은 이온탐지 센서의 혼합 용액에서 구리 이온과 납 이온의 선택도 측정 결과이다. 'Pushing'은 제2 전극기판에 의해 힘이 가해진 경우, 'Releasing'은 힘이 제거된 경우에 대한 값이다.
도 7은 이온탐지 센서의 기판에서 HCl 처리를 통한 표면성질 회복과 재사용가능성을 측정한 결과로 구리이온과 산을 반복 처리한 후 평균 전압(Normalized Peak Voltage)을 측정한 결과이다.
도 8은 노출된 구리 이온의 농도 증가에 따른 양성자 (H+) 결합 아민의 수 및 구리 이온 결합 아민의 수를 확인하고자 X-ray 광전자 분석법을 통해 N1 상태의 피크 면적(Relative Peak Area at N1s)을 분석한 결과이다.
도 9는 노출된 구리 이온의 농도에 따른 구리 이온과 작용기의 결합 에너지(Binding Energy) 및 신호 강도(Intensity)를 X-ray 광전자 분석법에 의해 분석한 결과이다.
도 10은 작용기와 구리 이온 결합에 따른 이온탐지 센서의 작용기 표면에서 제타 전위를 측정한 그래프이다. 'PFOTS-SAM'은 발수성 코팅 물질만 포함하는 자가 조립 단분자층에 대한 결과이고, 'T-DETA-SAM(Without PFOTS)'는 이온 흡착 물질만 포함하는 자가 조립 단분자층에 대한 결과이며, 'Mixed SAM'은 발수성 코팅 물질과 이온 흡착 물질을 모두 포함하는 자가 조립 단분자층에 대한 결과이다.
도 11은 작용기와 구리 이온 결합에 따른 이온탐지 센서의 작용기 표면에서 표면 전위를 측정한 그래프이다. 'PFOTS-SAM'은 발수성 코팅 물질만 포함하는 자가 조립 단분자층에 대한 결과이고, 'T-DETA-SAM(Without PFOTS)'는 이온 흡착 물질만 포함하는 자가 조립 단분자층에 대한 결과이며, 'Mixed SAM'은 발수성 코팅 물질과 이온 흡착 물질을 모두 포함하는 자가 조립 단분자층에 대한 결과이다.
1 is a diagram illustrating a process of detecting heavy metal ions in a liquid sample using the heavy metal ion detection sensor of the present invention. Figure 1 (a) is a diagram showing the measurement of a reference signal through the mechanical movement of the ion detection sensor in the vertical direction, Figure 1 (b) is the surface exposure of the liquid sample containing the target ions and self-assembled monomolecular layer It is a diagram showing chemical adsorption, and FIG. 1C is a diagram showing measuring a detection signal through vertical motion of an ion detection sensor after chemical adsorption. At this time, the state of a self-assembled monolayer (SAM) is shown on the right side of each diagram. The right side of FIG. 1(a) shows the initial state of the self-assembled monolayer, and the right side of FIG. 1(b) shows the combination of copper ions with the functional groups of the ion-adsorbing material, and FIG. The right side of (c) shows the final state of the ion adsorbed SAM.
2 is a diagram showing a state in which target ions of a liquid sample are chemically adsorbed in a self-assembled monolayer. The left side of FIG. 2 shows the initial state of the self-assembled monolayer, and the right side shows the state of the self-assembled monolayer with adsorbed copper ions (Cu 2+ Adsorption State).
3 is a graph of a change in a voltage signal according to a target ion concentration and time of a liquid sample.
4 is a graph of a change in relative voltage of an ion detection sensor according to the concentration of copper ions and lead ions. The black square is the result of the adsorption of copper ions, the red circle is the result of the adsorption of the lead ions, and the square with the blue frame is the absorption of copper ions in the self-assembled monolayer containing no ion adsorption material (Cu 2 + without T-DETA).
5 is a result of measuring the selectivity of copper ions and lead ions among various ions (Ion Species) of the ion detection sensor. 'Pushing' is a value when a force is applied by the second electrode substrate, and'Releasing' is a value when the force is removed.
6 is a result of measuring the selectivity of copper ions and lead ions in a mixed solution of an ion detection sensor. 'Pushing' is a value when a force is applied by the second electrode substrate, and'Releasing' is a value when the force is removed.
7 is a result of measuring the surface property recovery and reusability through HCl treatment on the substrate of the ion detection sensor. After repeated treatment of copper ions and acids, the average voltage (Normalized Peak Voltage) was measured.
FIG. 8 is a Relative Peak Area at N1 through X-ray photoelectron analysis to determine the number of protons (H + )-bound amines and the number of copper-ion-bound amines according to an increase in the concentration of exposed copper ions. Is the result of analysis.
9 is a result of analyzing the binding energy (Binding Energy) and signal intensity (Intensity) of copper ions and functional groups according to the concentration of exposed copper ions by X-ray photoelectron analysis.
10 is a graph measuring zeta potential on the surface of a functional group of an ion detection sensor according to a functional group and a copper ion bond. 'PFOTS-SAM' is the result for a self-assembled monomolecular layer containing only a water-repellent coating material,'T-DETA-SAM (Without PFOTS)' is a result of a self-assembled monomolecular layer containing only ion adsorption material, and'Mixed SAM' Is the result for a self-assembled monolayer containing both a water-repellent coating material and an ion-adsorbing material.
11 is a graph measuring the surface potential on the surface of the functional group of the ion detection sensor according to the functional group and copper ion bonding. 'PFOTS-SAM' is the result for a self-assembled monomolecular layer containing only a water-repellent coating material,'T-DETA-SAM (Without PFOTS)' is a result of a self-assembled monomolecular layer containing only ion adsorption material, and'Mixed SAM' Is the result for a self-assembled monolayer containing both a water-repellent coating material and an ion-adsorbing material.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 구현예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 구현예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 구현예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 전체적으로 도면 설명 시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 요소가 다른 요소 위에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 위에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 또한, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. However, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed contents may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art. In the drawings, in order to clearly express the constituent elements of each device, the size of the constituent elements, such as width or thickness, is slightly enlarged. Overall, it was described at the observer's point of view when describing the drawings, and if one element is mentioned as being positioned on another element, this means that the one element is positioned directly on another element or that an additional element may be interposed between the elements. Include. In addition, those of ordinary skill in the relevant field will be able to implement the spirit of the present invention in various other forms without departing from the technical spirit of the present invention.

한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. "제1 " 또는 "제2 " 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Meanwhile, the meanings of terms described in the present invention should be understood as follows. Terms such as "first" or "second" are used to distinguish one component from other components, and the scope of the rights is not limited by these terms. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may be referred to as a first component.

또, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또, 방법 또는 제조 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에 또는 상부" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에 또는 바로 상부에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에 또는 바로 상부에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In addition, expressions in the singular should be understood as including plural expressions unless clearly defined otherwise in the context, and terms such as "include" or "have" are described features, numbers, steps, actions, components, and parts. It is to be understood that it is intended to designate the existence of a combination of these and not to preclude the possibility of the presence or addition of one or more other features or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof. In addition, in performing the method or manufacturing method, each of the processes constituting the method may occur differently from the specified order unless a specific order is clearly stated in the context. That is, each process may occur in the same order as the specified order, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order. In addition, when a part such as a layer, film, region, or plate is said to be "above or above" another part, this includes not only the case where the other part is "directly above or directly above", but also the case where there is another part in the middle. do. Conversely, when a part is said to be "directly above or directly above" another part, it means that there is no other part in the middle.

본 발명에서 '센서'는 센서를 포함하는 장치, 소자까지를 의미한다.In the present invention, "sensor" refers to devices and devices including sensors.

또한, 본 발명에서 사용하는 '표면처리'는 제1 전극기판 상부에 적층된 절연층 위로 발수성 코팅 물질 및 이온 흡착 물질이 도포된 자가조립 단분자층(Self-assembled monolayer)이 형성된 것을 의미한다.In addition, the'surface treatment' used in the present invention means that a self-assembled monolayer coated with a water-repellent coating material and an ion adsorption material is formed on the insulating layer stacked on the first electrode substrate.

본 발명은 액체 물방울의 기계적 움직임을 통해 액체와 고체 표면의 접촉면적 변화에 발생하는 전기신호의 변화를 바탕으로 고체 표면에 흡착된 특정 중금속이온(구리, 납)을 탐지하는 센서 및 이를 이용한 중금속 탐지 방법에 관한 것이다. 고체 표면에서 이온의 특이성 흡착으로 인해 변화하는 표면성질을 이용하여 높은 선택도와 민감도로 액상의 이온을 탐지할 수 있다. 또한 자가발전에 의한 전기신호 발생이 가능하며 매우 간단하고 저렴한 방식으로 제작이 가능하다는 장점이 있다.The present invention is a sensor that detects specific heavy metal ions (copper, lead) adsorbed on a solid surface based on a change in an electrical signal generated by a change in the contact area between a liquid and a solid surface through the mechanical motion of a liquid droplet, and heavy metal detection using the same It's about how. Liquid ions can be detected with high selectivity and sensitivity by using the surface properties that change due to the specific adsorption of ions on the solid surface. In addition, it has the advantage that it is possible to generate an electric signal by self-generation and that it can be manufactured in a very simple and inexpensive manner.

본 발명의 중금속 이온탐지 센서는 기계적 운동으로 물방울의 접촉 면적을 변화시켜 전기에너지를 발생시킬 수 있는 에너지 전환소자를 활용한 것으로, 도 1을 참조하여 본 발명의 중금속 이온탐지 센서의 작동 원리에 대하여 설명한다. 도 1의 (a)는 중금속 이온탐지 센서의 수직방향의 기계적 움직임을 통한 기준 신호를 측정하는 것이고, 도 1의 (b)는 목표 이온을 포함한 액체 시료의 표면 노출과 자가 조립 단분자층에서의 화학적 흡착을 보여주는 것이며, 도 1의 (c)는 화학적 흡착 후 중금속 이온탐지 센서의 수직방향 운동을 통한 탐지신호를 측정하는 것을 나타낸 것이다. 하나의 전극 기판(상부 기판)과 다른 하나의 절연막과 화학적 처리를 통해 발수성/이온 흡착 표면처리가 된 전극기판(하부 기판) 사이에 염을 포함한 물방울 (NaCl 0.01M)을 위치시키고 두 전극 기판에 외부 저항을 연결시킨 후 위 전극 기판에 수직방향으로 기계적 움직임을 가한다. 상부 전극 기판의 기계적 움직임에 의해 물방울과 표면 처리가 된 하부 전극 기판사이의 접촉 면적이 변화하게 되고 접촉 면적 변화에 따른 전기신호가 관찰된다. 이때 장치에서 발생하는 전압은 수직방향의 상부 기판운동 속도와 거리등에 영향을 받고 일정한 기계운동 조건에서는 하부기판에서 물방울과 기판 표면사이의 전기적인 성질 (계면 포텐셜, 계면 전하밀도) 등의 영향을 받는다.The heavy metal ion detection sensor of the present invention utilizes an energy conversion element capable of generating electric energy by changing the contact area of a water droplet by mechanical motion. Referring to FIG. 1, the operation principle of the heavy metal ion detection sensor of the present invention Explain. Figure 1 (a) is to measure the reference signal through the mechanical movement of the heavy metal ion detection sensor in the vertical direction, Figure 1 (b) is the surface exposure of the liquid sample containing the target ions and chemical adsorption in the self-assembled monomolecular layer 1C shows the measurement of a detection signal through vertical motion of a heavy metal ion detection sensor after chemical adsorption. A water droplet containing salt (NaCl 0.01M) is placed between one electrode substrate (upper substrate) and the other insulating film and the electrode substrate (lower substrate) treated with water-repellent/ion adsorption through chemical treatment and placed on both electrode substrates. After connecting an external resistor, a mechanical movement is applied to the upper electrode substrate in a vertical direction. Due to the mechanical movement of the upper electrode substrate, the contact area between the water droplet and the surface-treated lower electrode substrate is changed, and an electrical signal according to the contact area change is observed. At this time, the voltage generated by the device is affected by the movement speed and distance of the upper substrate in the vertical direction, and under certain mechanical motion conditions, the electrical properties (interface potential, interfacial charge density) between the water droplets and the surface of the substrate in the lower substrate are affected. .

또한, 도 1을 계속 참고하여 본 발명의 중금속 이온탐지 센서를 이용하여 중금속 이온을 탐지하는 방법에 대하여 설명한다. 첫 번째로 기준 신호로서 아래 기판의 상부 표면에 기준 용액의 물방울(예를 들어, NaCl 수용액)을 위치시키고 일정한 수직방향의 기계운동을 위 전극 기판에 가해 발생하는 전기신호를 포집한다. 두 번째로 아래에 위치하는 표면처리가 된 전극 기판을 탐지하고자 하는 액상의 시료 (구리 또는 납 이온이 들어있는 수용액)에 5분 이상 노출 시킨다. 기판을 충분히 흐르는 증류수에 씻고 에어 블로잉을 통해 충분히 건조시킨다. 세 번째로 첫 번째 방법과 마찬가지로 아래 기판의 상부 표면에 액상 시료의 물방울을 위치시키고 위 기판의 기계운동을 통해 발생하는 전기신호를 관찰한다. 첫 번째와 세 번째 과정에서 포집한 전기신호의 변화 비율을 통해 표면 처리된 기판에 이온이 흡착된 정도와 액상 시료의 중금속 이온(구리 또는 납 이온)의 농도를 탐지한다. 이와 같이 본 발명의 중금속 이온탐지 센서는 기준신호와 액상 시료의 전기신호를 비교하여 액상 시료에 포함되어 있는 중금속 이온을 탐지하고 중금속 이온의 농도까지 확인할 수 있다.In addition, a method of detecting heavy metal ions using the heavy metal ion detection sensor of the present invention will be described with reference to FIG. 1. First, as a reference signal, a water droplet of a reference solution (for example, NaCl aqueous solution) is placed on the upper surface of the lower substrate, and an electric signal generated by applying a constant vertical mechanical motion to the upper electrode substrate is collected. Second, expose the surface-treated electrode substrate located below to a liquid sample (aqueous solution containing copper or lead ions) to be detected for at least 5 minutes. Wash the substrate in sufficiently flowing distilled water and dry it sufficiently through air blowing. Third, as in the first method, a water droplet of a liquid sample is placed on the upper surface of the lower substrate and the electrical signal generated through the mechanical motion of the upper substrate is observed. The degree of adsorption of ions to the surface-treated substrate and the concentration of heavy metal ions (copper or lead ions) in the liquid sample are detected through the rate of change of the electric signal collected in the first and third processes. As described above, the heavy metal ion detection sensor of the present invention can detect heavy metal ions contained in the liquid sample by comparing the reference signal with the electrical signal of the liquid sample and determine the concentration of the heavy metal ion.

본 발명의 중금속 이온탐지 센서에서 발생하는 전압신호가 기판에 노출된 이온 농도에 따라 달라지는 이유는 이온 흡착에 의한 물방울과 아래 기판 계면사이의 전기적 성질 (표면 포텐셜, 표면 전하밀도) 변화에 의한 현상이다. 이온 흡착이 발생하지 않은 초기 상태에서 측정되는 전압은 이온 흡착을 유도하는 이온 흡착 물질(N 1-(3-Trimethoxysilylpropyl)diethylenetriamine 또는 N-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine) 작용기에 존재하는 흡착된 양성자 (H+)들로 인해 표면전위가 양의 포텐셜을 가지기 때문이다. 그러나 구리 이온과 납 이온의 흡착에 의해 작용기와 이온이 결합할 경우 표면 양성자(H+) 밀도의 감소로 양의 표면 포텐셜이 감소하기 때문에 이온 흡착 후에 전압신호가 감소한다(도 10, 11 참고).The reason that the voltage signal generated by the heavy metal ion detection sensor of the present invention varies depending on the ion concentration exposed to the substrate is a phenomenon due to changes in the electrical properties (surface potential, surface charge density) between the water droplet and the interface of the lower substrate due to ion adsorption. . The voltage measured in the initial state in which ion adsorption did not occur is the adsorbed voltage present in the ion adsorption material ( N 1 -(3-Trimethoxysilylpropyl)diethylenetriamine or N-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine) functional group that induces ion adsorption. This is because the surface potential has a positive potential due to protons (H + ). However, when the functional group and ions are combined by adsorption of copper ions and lead ions, the positive surface potential decreases due to the decrease in surface proton (H + ) density, so the voltage signal decreases after ion adsorption (see FIGS. 10 and 11). .

이하에서 본 발명의 중금속 이온탐지 센서에 대해 더욱 설명한다.Hereinafter, the heavy metal ion detection sensor of the present invention will be further described.

본 발명은 첫 번째 형태로, 제1 전극기판; 상기 제1 전극기판에 대향되는 제2 전극기판; 및 상기 제1 전극기판 상부에 형성되는 절연층;을 포함하되, 상기 제1 전극기판 상부 표면에 위치하는 이온성 액체 또는 물의 접촉 표면 변화에 의해 발생하는 전기에너지의 변화량에 의해 중금속 이온을 탐지하는 것인 중금속 이온탐지 센서를 제공한다.The present invention is a first aspect, the first electrode substrate; A second electrode substrate facing the first electrode substrate; And an insulating layer formed on the first electrode substrate, wherein the heavy metal ions are detected by an amount of change in electrical energy generated by a change in the contact surface of water or an ionic liquid positioned on the upper surface of the first electrode substrate. It provides a heavy metal ion detection sensor.

또한, 본 발명은 두 번째 형태로, 제1 전극기판; 상기 제1 전극기판에 대향되는 제2 전극기판; 상기 제1 전극기판 상부에 형성되는 절연층; 및 상기 절연층 상부에 형성되는 자가조립 단분자층;을 포함하되, 상기 자가조립 단분자층 상부 표면에 위치하는 이온성 액체 또는 물의 접촉 표면 변화에 의해 발생하는 전기에너지의 변화량에 의해 중금속 이온을 탐지하는 것인 중금속 이온탐지 센서를 제공한다.In addition, the present invention is a second form, the first electrode substrate; A second electrode substrate facing the first electrode substrate; An insulating layer formed on the first electrode substrate; And a self-assembled monomolecular layer formed on the insulating layer; including, but detecting heavy metal ions by an amount of change in electric energy generated by a change in the contact surface of water or an ionic liquid positioned on the upper surface of the self-assembled monomolecular layer. Provides heavy metal ion detection sensor.

상기 제1 전극기판 또는 상기 제2 전극기판에 사용되는 전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IGO(Indium Gallium Oxide), 크롬, 알루미늄, IZO(Indium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZnO, ZnO2 또는 TiO2 중 적어도 어느 하나를 포함하는 무기전극이거나 백금, 금, 은, 알루미늄, 철 또는 구리 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속전극이거나 폴리에틸렌디옥시티오펜(Polyethylenedioxythiophene, PEDOT), 탄소나노튜브(Carbon nano tube, CNT), 그래핀(Graphene), 폴리아세틸렌(Polyacetylene), 폴리티오펜(Polythiophene, PT), 폴리피롤(Polypyrrole), 폴리파라페닐렌(Polyparaphenylene, PPV), 폴리아닐린(Polyaniline), 폴리설퍼니트리드(Poly sulfur nitride), 스테인레스 스틸, 크롬을 10%이상 함유한 철합금, SUS 304, SUS 316, SUS 316L, Co-Cr 합금, Ti 합금, 니티놀(Ni-Ti) 또는 폴리파라페닐렌비닐렌(Polyparaphenylenevinylene) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 유기전극일 수 있다.Electrodes used for the first electrode substrate or the second electrode substrate are ITO (Indium Tin Oxide), IGO (Indium Gallium Oxide), chromium, aluminum, IZO (Indium Zinc Oxide), IGZO (Indium Gallium Zinc Oxide), ZnO , ZnO 2 or TiO 2 An inorganic electrode containing at least one of platinum, gold, silver, aluminum, iron, or copper, or a metal electrode containing at least one of polyethylenedioxythiophene (PEDOT), carbon nanotubes (Carbon nano tube, CNT), graphene, polyacetylene, polythiophene (PT), polypyrrole, polyparaphenylene (PPV), polyaniline, poly Sulfurnitride, stainless steel, iron alloy containing more than 10% chromium, SUS 304, SUS 316, SUS 316L, Co-Cr alloy, Ti alloy, Nitinol (Ni-Ti) or polyparaphenylene It may be an organic electrode including at least one of vinylene (polyparaphenylenevinylene).

또한, 상기 제1 전극기판 또는 상기 제2 전극기판은 금속 기판, 유리 기판 또는 고분자 소재의 기판일 수 있다. 여기서 고분자 소재의 기판은 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate, PET), 폴리아릴레이트(Polyarylate, PAR), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylenenaphthalate, PEN), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone, PES), 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 또는 고분자복합재료(Fiber reinforced plastics, FRP) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 플라스틱 기판 또는 필름일 수 있다. 또한, 상기 세라믹 기판은 알루미나(Al2O3), 베릴리아(BeO), 질화알루미늄(AlN), 탄화규소, 멀라이트 또는 실리콘 중 적어도 어느 하나를 포함하는 세라믹 재료를 이용한 기판일 수 있다.In addition, the first electrode substrate or the second electrode substrate may be a metal substrate, a glass substrate, or a substrate made of a polymer material. Here, the substrate made of a polymer material is polyethylene terephthalate (PET), polyarylate (PAR), polymethylmethacrylate (PMMA), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (Polyethersulfone, It may be a plastic substrate or film including at least one of PES), polyimide (PI), polycarbonate (PC), or fiber reinforced plastics (FRP). In addition, the ceramic substrate may be a substrate using a ceramic material including at least one of alumina (Al 2 O 3 ), beryllia (BeO), aluminum nitride (AlN), silicon carbide, mullite, or silicon.

상기 절연층은 서브 마이크로미터 규모(sub-micrometer scale)의 박막(thin film)을 제조 가능한 물질로 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 절연층은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate, PMMA), 폴리비닐페놀(Poly(4-vinylphenol), P4VP) 및 에폭시 계열 수지 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 1종에 의해 형성되는 유기 고분자 절연층 또는 반도체 소자로서 사용되며 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 실리콘 옥사이드(SiO2) 및 하프늄옥사이드(HfO2) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 1종에 의해 형성되는 금속 산화물 절연층일 수 있다.The insulating layer may be formed of a material capable of producing a thin film of a sub-micrometer scale. Specifically, the insulating layer is selected from the group consisting of polydimethylsiloxane (PDMS), polymethylmethacrylate (PMMA), polyvinylphenol (Poly(4-vinylphenol), P4VP), and epoxy-based resins. It is used as an organic polymer insulating layer or semiconductor device formed by any one type, and in any one selected from the group consisting of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), and hafnium oxide (HfO 2 ), etc. It may be a metal oxide insulating layer formed by.

상기 이온성 액체는 중금속 이온을 포함하는 것일 수 있다. 상기 중금속 이온은 구리 이온 또는 납 이온일 수 있다. 상기 자가조립 단분자층을 포함하는 기판은 구리 이온 또는 납 이온에 대하여 높은 선택도와 민감도를 가지기 때문에 구리 이온 또는 납 이온을 특이적으로 검출할 수 있다.The ionic liquid may contain heavy metal ions. The heavy metal ion may be a copper ion or a lead ion. Since the substrate including the self-assembled monolayer has high selectivity and sensitivity to copper ions or lead ions, it can specifically detect copper ions or lead ions.

한편, 본 발명의 중금속 이온탐지 센서는 상기 절연층 상부에 자가조립 단분자층(self assembly molecular monolayer)이 형성될 수 있다.Meanwhile, in the heavy metal ion detecting sensor of the present invention, a self assembly molecular monolayer may be formed on the insulating layer.

상기 자가조립 단분자층은 발수성 코팅 물질 및 이온 흡착 물질을 포함하는 것이 좋다. 상기 자가조립 단분자층은 상기 절연층 위로 발수성 코팅 물질 및 이온 흡착 물질 증착하여 형성될 수 있으며, 형성된 자가조립 단분자층은 도 2와 같이 표현될 수 있다. 도 2와 같이 본 발명은 발수성 코팅 물질 및 이온 흡착 물질을 모두 포함함으로써 중금속 이온(구리 이온)이 이온 흡착 물질에 직접 결합될 수 있다. 또한, 특정 이온에 특이적인 결합을 보이는 물질로 이온 흡착 물질을 선택할 경우 특정 물질을 높은 선택도로 검출할 수 있다.It is preferable that the self-assembled monolayer includes a water-repellent coating material and an ion adsorption material. The self-assembled monomolecular layer may be formed by depositing a water repellent coating material and an ion adsorption material on the insulating layer, and the formed self-assembled monomolecular layer may be represented as shown in FIG. 2. As shown in FIG. 2, the present invention includes both a water-repellent coating material and an ion adsorption material, so that heavy metal ions (copper ions) can be directly bonded to the ion adsorption material. In addition, when an ion adsorption material is selected as a material showing a specific binding to a specific ion, a specific material can be detected with high selectivity.

상기 발수성 코팅 물질은 실란(silane)계 물질, 플루오르중합체(Fluoropolymer) 물질, 트리클로로실란(Trichlorosilane), 트리에톡시실란(Trimethoxysilane), 펜타플루오르페닐프로필트리클로로실란(Pentafluorophenylpropyltrichlorosilane), (벤질옥시)알킬트리메톡시실란((Benzyloxy)alkyltrimethoxysilane, BSM-22), (벤질옥시)알킬트리클로로실란((Benzyloxy)alkyltrichlorosilane, BTS), 헥사메틸디실라잔 (Hexamethyldisilazane, HMDS), 옥타데실트리클로로실란 (Octadecyltrichlorosilane, OTS), 옥타데실트리메톡시실란 (Octadecyltrimethoxysilane, OTMS) 및 디비닐테트라메틸디실록산-비스-(벤조시클로부텐) (Divinyltetramethyldisiloxane-bis(benzocyclobutene), BCB)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 1종일 수 있다. 상기 발수성 코팅 물질은 물방울의 움직임을 용이하게 한다.The water-repellent coating material is a silane-based material, a fluoropolymer material, a trichlorosilane, a trimethoxysilane, a pentafluorophenylpropyltrichlorosilane, and a (benzyloxy) alkyl. Trimethoxysilane ((Benzyloxy)alkyltrimethoxysilane, BSM-22), (benzyloxy)alkyltrichlorosilane ((Benzyloxy)alkyltrichlorosilane, BTS), hexamethyldisilazane (HMDS), octadecyltrichlorosilane , OTS), octadecyltrimethoxysilane (OTMS) and divinyltetramethyldisiloxane-bis-(benzocyclobutene) (Divinyltetramethyldisiloxane-bis(benzocyclobutene), BCB) It may be any one selected from the group consisting of have. The water-repellent coating material facilitates the movement of water droplets.

상기 이온 흡착 물질은 N 1 -(3-Trimethoxysilylpropyl)diethylenetriamine) 또는 N-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine일 수 있다. 상기 이온 흡착 물질에 의해 시료에 포함되어 있는 이온을 흡착할 수 있는데, 상기 N 1-(3-Trimethoxysilylpropyl)diethylenetriamine) 및 N-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine의 경우에는 구리(Ⅱ)이온과 납(Ⅱ)이온에 대해서 높은 선택성을 가진다.The ion adsorption material may be N 1 -(3-Trimethoxysilylpropyl)diethylenetriamine) or N-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine. Ions contained in the sample can be adsorbed by the ion adsorption material. In the case of the N 1 -(3-Trimethoxysilylpropyl)diethylenetriamine) and N-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine, copper (II) ions and It has high selectivity for lead(II) ions.

본 발명은 세 번째 형태로, 제1 전극기판 및 제2 전극기판을 준비하는 단계; 상기 제1 전극기판 상부에 절연층을 적층하는 단계; 상기 절연층 상부에 자가조립 단분자층을 형성하는 단계; 및 상기 자가조립 단분자층 상부 표면에 이온성 액체 또는 물을 접촉시켜 이온을 상기 자가조립 단분자층의 상부 표면에 흡착시키는 단계;를 포함하는 중금속 이온탐지 센서의 제조방법을 제공한다. 본 발명은 자가발전이 가능하여 외부 전력이 필요 없어 매우 간단한 구성으로 중금속 이온탐지 센서를 제조할 수 있으며, 제조된 센서는 소형화가 가능하다. 또한, 본 발명의 중금속 이온탐지 센서는 산성 조건에서 재사용이 가능하다.The present invention provides a third aspect, comprising: preparing a first electrode substrate and a second electrode substrate; Stacking an insulating layer on the first electrode substrate; Forming a self-assembled monolayer on the insulating layer; And adsorbing ions onto the upper surface of the self-assembled monomolecular layer by contacting an ionic liquid or water with the upper surface of the self-assembled monomolecular layer. The present invention is capable of self-power generation and does not require external power, and thus a heavy metal ion detection sensor can be manufactured with a very simple configuration, and the manufactured sensor can be miniaturized. In addition, the heavy metal ion detection sensor of the present invention can be reused in acidic conditions.

본 발명은 네 번째 형태로, 상술한 중금속 이온탐지 센서를 이용하며, 상기 제1 전극기판 상부 표면에 상기 물을 흡착시킨 후, 상기 제2 전극기판의 수직 상하운동에 의해 상기 물과 상기 제1 전극기판 상부 표면의 접촉면 변화에 따라 발생하는 전기 발생량을 획득하는 단계; 상기 제1 전극기판 상부 표면에 상기 이온성 액체를 흡착시킨 후, 상기 제2 전극기판의 수직 상하 운동에 의해 상기 이온성 액체와 상기 제1 전극기판 상부 표면의 접촉면 변화에 따라 발생하는 전기 발생량을 획득하는 단계; 및 상기 물의 전기 발생량과 상기 이온성 액체의 전기 발생량을 비교하여 중금속 이온을 탐지하는 단계;를 포함하는 것인 중금속 이온탐지 방법을 제공한다.In a fourth aspect of the present invention, the heavy metal ion detection sensor is used, and after the water is adsorbed on the upper surface of the first electrode substrate, the water and the first electrode substrate are vertically vertically moved. Acquiring an amount of electricity generated according to a change in a contact surface of an upper surface of the electrode substrate; After adsorbing the ionic liquid on the upper surface of the first electrode substrate, the amount of electricity generated according to the change in the contact surface between the ionic liquid and the upper surface of the first electrode substrate by vertical vertical motion of the second electrode substrate is measured. Obtaining; And detecting heavy metal ions by comparing the amount of electricity generated by the water and the amount of electricity generated by the ionic liquid.

이하 본 발명의 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.Hereinafter, the embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely describe the present invention to those of ordinary skill in the art.

실시예 1: 중금속 이온탐지 센서 제조Example 1: Preparation of heavy metal ion detection sensor

이온탐지 센서의 구성장치인 위아래 기판을 인듐주석산화물(Indium tin oxide, ITO) 유리 기판으로 준비하였다. ITO를 세척용액, 아세톤(Acetone), 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol, IPA)의 순서로 용액에 담궈 초음파 처리(ultrasonication)를 통해 세척하였다. 이온탐지를 위한 아래 기판 제작을 위해 세척한 ITO에 O2 플라즈마(plasma) 처리 후 헥산(Hexane)에 희석한 PDMS 용액을 절연층으로서 스핀코팅하였다. PDMS 절연층은 80℃ 핫플레이트에서 2시간정도 경화시켰다. PDMS 절연막 위에 O2 플라즈마(plasma) 처리 후, 물방울의 움직임이 용이하게 발수성을 부여하고 구리 이온과 납 이온의 화학적 흡착을 유도할 수 있는 자가 조립 분자단층을 단계별 처리하였다. 첫 번째로 화학적 이온흡착을 유도하는 N 1-(3-Trimethoxysilylpropyl)diethylenetriamine (T-DETA)을 액상에서 (1 vol% 증류수 용액) 10분 동안 처리하였다. 그 후, IPA와 증류수로 표면 세척 후 표면 발수성을 위해 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane (PFOTS)을 챔버 안에서 30분 동안 열 기상증착(160℃)을 통해 처리하였다.The upper and lower substrates, which are the components of the ion detection sensor, were prepared as indium tin oxide (ITO) glass substrates. ITO was immersed in the solution in the order of a washing solution, acetone, and isopropyl alcohol (IPA) and washed through ultrasonication. To fabricate the lower substrate for ion detection, a PDMS solution diluted in hexane after treatment with O 2 plasma on the cleaned ITO was spin-coated as an insulating layer. The PDMS insulating layer was cured on a hot plate at 80° C. for about 2 hours. After O 2 plasma treatment on the PDMS insulating film, a self-assembled molecular monolayer that can easily move water droplets to impart water repellency and induce chemical adsorption of copper ions and lead ions was treated step by step. First, N 1 -(3-Trimethoxysilylpropyl)diethylenetriamine (T-DETA), which induces chemical ion adsorption, was treated in a liquid phase (1 vol% distilled water solution) for 10 minutes. Thereafter, after washing the surface with IPA and distilled water, 1 H , 1 H , 2 H , 2 H -perfluorooctyltriethoxysilane (PFOTS) was treated in the chamber for 30 minutes through thermal vapor deposition (160° C.) for surface water repellency.

실험예 1: 중금속 이온탐지센서의 성능 확인Experimental Example 1: Performance check of heavy metal ion detection sensor

(1) 중금속 이온 탐지(1) heavy metal ion detection

아무것도 처리하지 않은 ITO기판(제2 전극기판)과 표면처리과정을 거친 ITO기판(제1 전극기판) 사이에 NaCl 수용액 (0.01M)을 한 방울 (200μL) 위치시키고 두 ITO기판을 오실로스코프(oscilloscope)의 양전극에 각각 물려서 측정 회로를 구성하였다. 위 기판(제2 전극기판)의 수직방향의 일정한 기계적 운동을 통해 방울을 압축시켰다가 회복시키는 반복운동을 실시하였다. 구체적으로, 동작조절이 가능한 수직운동 컨트롤러(Vertical motion controller)를 이용하였고, 위 기판은 2 cm/s로 2 mm를 왕복 운동했으며 물방울이 눌린 상태에서 위, 아래 기판의 최종 간격은 1 mm로 유지하였다. 물 물방울과 아래기판의 접촉면적 변화를 통해 전압신호를 오실로스코프(oscilloscope)에서 측정하였다. 이렇게 측정된 전압신호를 기준신호로 잡았다. 다음으로 화학표면 처리된 아래 ITO기판(제1 전극기판)을 회수해서 탐지시료 (구리 이온 혹은 납 이온을 포함한 수용액)에 5분정도 노출 시켰다. 그 후, 흐르는 증류수에 간단히 세척 후 에어 블로잉(air blowing)을 통해 표면을 건조시켰다. 다시 처음의 측정과정처럼 아래 ITO기판을 설치 후 전기신호를 측정하였다. 기준신호 대비 감소한 신호의 변화 비율을 통해 액상시료의 구리 이온 혹은 납 이온의 농도를 탐지하였다. Place a drop (200μL) of NaCl aqueous solution (0.01M) between the untreated ITO substrate (the second electrode substrate) and the surface-treated ITO substrate (the first electrode substrate), and place the two ITO substrates with an oscilloscope. Each of the positive electrodes was bitten to constitute a measurement circuit. Repetitive motion was performed to compress and recover droplets through a constant mechanical motion of the upper substrate (second electrode substrate) in the vertical direction. Specifically, a vertical motion controller capable of controlling motion was used, and the upper substrate reciprocated 2 mm at 2 cm/s, and the final gap between the upper and lower substrates was maintained at 1 mm while the water droplets were pressed. I did. The voltage signal was measured with an oscilloscope through the change in the contact area between the water droplet and the lower substrate. The measured voltage signal was taken as a reference signal. Next, the ITO substrate (first electrode substrate) under chemical surface treatment was recovered and exposed to a detection sample (aqueous solution containing copper ions or lead ions) for about 5 minutes. After that, the surface was dried by simply washing with flowing distilled water and then air blowing. Again, as in the initial measurement process, after installing the ITO board below, the electrical signal was measured. The concentration of copper ions or lead ions in the liquid sample was detected through the ratio of the decreased signal to the reference signal.

확인 결과, 도 3에서 확인되는 바와 같이, 본 발명에서 제안된 이온 센서는 구리 이온과 납 이온에 노출될 경우 일정한 발생전압 감소가 관찰되었다. 또한, 도 4에서 확인되는 바와 같이, 전압변화를 초기 신호 측정값 대비 상대적 변화로 계산했을 때 구리 이온과 납 이온에 대해서 5 ~ 100 μM 범위에서 4.07×10-3 과 3.02×10-3 μM-1의 민감도를 보였다.As a result of confirmation, as can be seen in FIG. 3, when the ion sensor proposed in the present invention is exposed to copper ions and lead ions, a constant decrease in generated voltage was observed. In addition, as shown in FIG. 4, when the voltage change is calculated as a relative change compared to the initial signal measured value, 4.07×10 -3 and 3.02×10 -3 μM - for copper ions and lead ions in the range of 5 to 100 μM. It showed a sensitivity of 1 .

(2) 구리 이온 및 납 이온 선택도 확인(2) Check copper ion and lead ion selectivity

본 발명의 중금속 이온탐지 센서를 이용하여 구리 이온, 납 이온 외에 칼륨이온, 마그네슘이온, 칼슘이온, 망간이온, 코발트이온, 수은이온, 니켈이온에 대해서도 측정을 하였다. 도 5에서 확인되는 바와 같이, 몇 가지 다른 경쟁이온들에 비해 3.3 ~ 18배 정도의 높은 구리 이온과 납 이온 선택도를 확인할 수 있었다.In addition to copper ions and lead ions, measurements were performed on potassium ions, magnesium ions, calcium ions, manganese ions, cobalt ions, mercury ions, and nickel ions using the heavy metal ion detection sensor of the present invention. As can be seen in Figure 5, it was possible to confirm the copper ion and lead ion selectivity of about 3.3 to 18 times higher than that of several other competing ions.

(3) 혼합용액에서 구리 이온 및 납 이온 선택도 확인(3) Check the copper ion and lead ion selectivity in the mixed solution

본 발명의 중금속 이온탐지 센서의 혼합용액에서의 선택도를 확인하고자, 여러 이온이 혼합된 혼합용액에서의 성능을 확인하였다. 실험에 사용한 혼합용액은 다음과 같았다. Solution 1(Na+, Hg2+, Co2+, Cd2+), Solution 2(Na+, Hg2+, Co2+, Cu2+), Solution 3(Na+, Hg2+, Co2+, Cu2+, Pb2+). 각 이온의 농도는 100μM로 고정하였다. 측정결과, 도 6에서 확인되는 바와 같이, 여러 이온이 혼합된 혼합용액에서도 충분한 성능을 보여주고 있음을 확인할 수 있었다.In order to confirm the selectivity in the mixed solution of the heavy metal ion detection sensor of the present invention, the performance in the mixed solution in which several ions were mixed was confirmed. The mixed solution used in the experiment was as follows. Solution 1(Na + , Hg 2+ , Co 2+ , Cd 2+ ), Solution 2(Na + , Hg 2+ , Co 2+ , Cu 2+ ), Solution 3(Na + , Hg 2+ , Co 2 + , Cu 2+ , Pb 2+ ). The concentration of each ion was fixed at 100 μM. As a result of the measurement, as shown in FIG. 6, it was confirmed that sufficient performance was shown even in a mixed solution in which several ions were mixed.

(4) 중금속 이온탐지 센서의 재사용성 확인(4) Check reusability of heavy metal ion detection sensor

본 발명의 중금속 이온탐지 센서의 표면성질 회복과 재사용가능성을 확인하고자, 구리 이온(100μM)이 흡착된 기판에 0.05M의 HCl를 35분 동안 노출시키고 측정 후 다시 구리 이온을 노출시키는 사이클을 반복하였다. 측정 결과, 도 7에서 확인되는 바와 같이, 화학적 흡착된 이온은 산 용액(HCl 0.05M)에 35분정도 노출시킬 경우 탈착이 되고 다시 기판을 3번 정도 재사용 가능함을 확인할 수 있었다.In order to confirm the surface property recovery and reusability of the heavy metal ion detection sensor of the present invention, a cycle of exposing 0.05M HCl to a substrate adsorbed with copper ions (100 μM) for 35 minutes and exposing the copper ions again after measurement was repeated. . As a result of the measurement, as shown in FIG. 7, it was confirmed that the chemically adsorbed ions were desorbed when exposed to an acid solution (HCl 0.05M) for about 35 minutes, and the substrate could be reused about 3 times.

실험예 2: 중금속 이온 흡착에 따른 물방울과 기판 사이 계면에서의 전기적 성질 변화 확인Experimental Example 2: Confirmation of changes in electrical properties at the interface between water droplets and substrate due to heavy metal ion adsorption

본 실험예에서는 본 발명의 중금속 이온탐지 센서에서 중금속 이온 흡착에 따른 물방울과 기판 사이 계면에서의 전기적 성질 변화를 확인하였다.In this experimental example, the change in electrical properties at the interface between the water droplet and the substrate due to adsorption of heavy metal ions in the heavy metal ion detection sensor of the present invention was confirmed.

(1) X-ray 광전자 분석(1) X-ray photoelectron analysis

0, 40, 100 μM, 1 mM의 농도를 가지는 구리 이온을 노출시킨 후, X-ray 광전자 분석법을 통해 분석하였다. 그 결과 도 8에서 확인되는 바와 같이, 노출된 구리 이온 농도의 증가에 의해 양성자 (H+) 결합 아민의 수 감소와 구리 이온(Cu2+) 결합 아민은 증가함을 확인할 수 있었다.After exposure of copper ions having concentrations of 0, 40, 100 μM, and 1 mM, they were analyzed by X-ray photoelectron analysis. As a result, as shown in FIG. 8, it was confirmed that the number of proton (H + )-bound amines decreased and the number of copper-ion (Cu 2 + )-bound amines increased by an increase in the exposed copper ion concentration.

또한, 노출된 구리 이온 농도 증가에 따른 구리 이온과 작용기의 결합에 의한 구리 이온의 X-ray 광전자 분석 신호 변화를 확인한 결과, 도 9에서 확인되는 바와 같이, 흡착 상태에 해당하는 Cu 2p3/2 피크는 주로 932 eV 근처에 위치하며, 농도에 따라 A(931.5 eV)에서 B(932 eV)로 이동함을 확인할 수 있었다.In addition, as a result of confirming the change of the X-ray photoelectron analysis signal of the copper ion due to the combination of the copper ion and the functional group according to the increase in the exposed copper ion concentration, as shown in FIG. 9, Cu 2p 3/2 corresponding to the adsorption state The peak is mainly located near 932 eV, and it was confirmed that the peak shifted from A (931.5 eV) to B (932 eV) depending on the concentration.

(2) 제타 전위 및 표면 전위 측정(2) Zeta potential and surface potential measurement

고체-액체 인터페이스에서는 계면 전위와 전하 밀도와 같은 물리적 매개변수의 정확하고 직접적인 측정이 거의 불가능하다. 따라서, 구리 이온 및 납 이온의 흡착에 대한 전위차 변화를 조사하기 위하여 제타 전위와 표면 전위를 측정하였다.In solid-liquid interfaces, accurate and direct measurements of physical parameters such as interfacial potential and charge density are almost impossible. Therefore, zeta potential and surface potential were measured to investigate the change in potential difference for adsorption of copper ions and lead ions.

구체적으로 발수성 코팅 물질만 포함하는 기판(PFOTS-SAM), 이온 흡착 물질만 포함하는 기판(T-DETA-SA(without PFOTS)), 발수성 코팅 물질 및 이온 흡착 물질을 모두 포함하는 기판(Mixed SAM)에 대하여 구리 이온을 농도별로 노출시킨 후 제타 전위를 측정하였다.Specifically, a substrate containing only a water repellent coating material (PFOTS-SAM), a substrate containing only an ion adsorption material (T-DETA-SA (without PFOTS)), a substrate containing both a water repellent coating material and an ion adsorption material (Mixed SAM) The zeta potential was measured after exposing copper ions for each concentration.

도 10에서 확인되는 바와 같이, PFOTS와 T-DETA-SAM의 제타 전위는 각각 -14.01과 20.11mV 였고, Mixed SAM의 제타 전위는 8.00mV 였다. 이온 흡착 물질이 존재하는 경우에는 중금속 이온의 농도가 증가함에 따라 제타 전위가 감소함을 확인할 수 있었다. 또한, 도 11에서 확인되는 바와 같이, 표면 전위도 제타 전위와 같은 경향을 나타냄을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로부터 이온 흡착 물질의 존재에 의해 액체 시료 내 중금속 이온의 농도에 따라 전압신호가 변화하며, 이를 통한 전기신호의 변화량으로 중금속 이온의 농도를 측정할 수 있음을 확인할 수 있었다.10, the zeta potentials of PFOTS and T-DETA-SAM were -14.01 and 20.11 mV, respectively, and the zeta potential of the mixed SAM was 8.00 mV. In the presence of the ion adsorption material, it was confirmed that the zeta potential decreased as the concentration of heavy metal ions increased. In addition, as shown in Fig. 11, it was confirmed that the surface potential also showed the same tendency as the zeta potential. From these results, it was confirmed that the voltage signal changes according to the concentration of heavy metal ions in the liquid sample due to the presence of the ion adsorption material, and the concentration of the heavy metal ions can be measured by the amount of change in the electrical signal through this.

Claims (10)

제1 전극기판;
상기 제1 전극기판에 대향되는 제2 전극기판;
상기 제1 전극기판 상부에 형성되는 절연층; 및
상기 제1 전극기판과 상기 제2 전극기판의 사이에 위치하며, 상기 제1 전극기판 및 상기 제2 전극기판과 접촉하는 이온성 액체 또는 물;을 포함하되,
상기 제2 전극기판의 수직 상하운동에 의해 상기 이온성 액체 또는 물의 접촉표면에 변화가 발생하며,
상기 이온성 액체 또는 물의 접촉 표면 변화에 의해 발생하는 전기에너지의 변화량에 의해 중금속 이온을 탐지하는 것인 중금속 이온탐지 센서.
A first electrode substrate;
A second electrode substrate facing the first electrode substrate;
An insulating layer formed on the first electrode substrate; And
Including; an ionic liquid or water positioned between the first electrode substrate and the second electrode substrate and in contact with the first electrode substrate and the second electrode substrate,
A change occurs in the contact surface of the ionic liquid or water due to the vertical vertical motion of the second electrode substrate,
Heavy metal ion detection sensor to detect heavy metal ions by a change amount of electrical energy generated by the change of the contact surface of the ionic liquid or water.
제1 전극기판;
상기 제1 전극기판에 대향되는 제2 전극기판;
상기 제1 전극기판 상부에 형성되는 절연층;
상기 절연층 상부에 형성되는 자가조립 단분자층; 및
상기 자가조립 단분자층과 상기 제2 전극기판의 사이에 위치하며, 상기 자가조립 단분자층 및 상기 제2 전극기판과 접촉하는 이온성 액체 또는 물;을 포함하되,
상기 제2 전극기판의 수직 상하운동에 의해 상기 이온성 액체 또는 물의 접촉표면에 변화가 발생하며,
상기 이온성 액체 또는 물의 접촉표면 변화에 의해 발생하는 전기에너지의 변화량에 의해 중금속 이온을 탐지하는 것인 중금속 이온탐지 센서.
A first electrode substrate;
A second electrode substrate facing the first electrode substrate;
An insulating layer formed on the first electrode substrate;
A self-assembled monolayer formed on the insulating layer; And
Including; an ionic liquid or water positioned between the self-assembled monomolecular layer and the second electrode substrate and in contact with the self-assembled monomolecular layer and the second electrode substrate,
A change occurs in the contact surface of the ionic liquid or water due to the vertical vertical motion of the second electrode substrate,
Heavy metal ion detection sensor to detect heavy metal ions by the amount of change in electrical energy generated by the change in the contact surface of the ionic liquid or water.
삭제delete 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 이온성 액체는 중금속 이온을 포함하는 것인 중금속 이온탐지 센서.
The method according to claim 1 or 2,
The heavy metal ion detection sensor that the ionic liquid contains heavy metal ions.
제2 항에 있어서,
상기 자가조립 단분자층은 발수성 코팅 물질 및 이온 흡착 물질을 포함하는 것인 중금속 이온탐지 센서.
The method of claim 2,
The self-assembled monolayer is a heavy metal ion detection sensor comprising a water-repellent coating material and an ion adsorption material.
제5 항에 있어서,
상기 이온 흡착 물질은 N 1 -(3-Trimethoxysilylpropyl)diethylenetriamine) 또는 N-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine인 것인 중금속 이온탐지 센서.
The method of claim 5,
The ion adsorption material is a heavy metal ion detection sensor that is N 1 -(3-Trimethoxysilylpropyl)diethylenetriamine) or N-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine.
제5 항에 있어서,
상기 발수성 코팅 물질은 실란(Silane)계 물질, 플루오르중합체(Fluoropolymer) 물질, 트리클로로실란(Trichlorosilane), 트리에톡시실란(Trimethoxysilane), 펜타플루오르페닐프로필트리클로로실란(Pentafluorophenylpropyltrichlorosilane), (벤질옥시)알킬트리메톡시실란((Benzyloxy)alkyltrimethoxysilane, BSM-22), (벤질옥시)알킬트리클로로실란((Benzyloxy)alkyltrichlorosilane, BTS), 헥사메틸디실라잔 (Hexamethyldisilazane, HMDS), 옥타데실트리클로로실란 (Octadecyltrichlorosilane, OTS), 옥타데실트리메톡시실란 (Octadecyltrimethoxysilane, OTMS) 및 디비닐테트라메틸디실록산-비스-(벤조시클로부텐) (Divinyltetramethyldisiloxane-bis(benzocyclobutene), BCB)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 1종인 것인 중금속 이온탐지 센서.
The method of claim 5,
The water-repellent coating material is a silane-based material, a fluoropolymer material, a trichlorosilane, a trimethoxysilane, a pentafluorophenylpropyltrichlorosilane, and a (benzyloxy) alkyl. Trimethoxysilane ((Benzyloxy)alkyltrimethoxysilane, BSM-22), (benzyloxy)alkyltrichlorosilane ((Benzyloxy)alkyltrichlorosilane, BTS), hexamethyldisilazane (HMDS), octadecyltrichlorosilane , OTS), octadecyltrimethoxysilane (OTMS) and divinyltetramethyldisiloxane-bis-(benzocyclobutene) (Divinyltetramethyldisiloxane-bis(benzocyclobutene), BCB) Phosphorus heavy metal ion detection sensor.
제1 전극기판 및 상기 제1 전극기판에 대향되는 제2 전극기판을 준비하는 단계;
상기 제1 전극기판 상부에 절연층을 적층하는 단계;
상기 절연층 상부에 자가조립 단분자층을 형성하는 단계; 및
상기 자가조립 단분자층의 상부 표면과 상기 제2 전극기판의 사이에 상기 자가조립 단분자층 상부 표면과 상기 제2 전극기판과 접촉하도록 이온성 액체 또는 물을 흡착시키는 단계;를 포함하는 것인 중금속 이온탐지 센서의 제조방법.
Preparing a first electrode substrate and a second electrode substrate opposite to the first electrode substrate;
Stacking an insulating layer on the first electrode substrate;
Forming a self-assembled monolayer on the insulating layer; And
Adsorbing ionic liquid or water between the upper surface of the self-assembled monomolecular layer and the second electrode substrate so as to contact the upper surface of the self-assembled monomolecular layer and the second electrode substrate; and a heavy metal ion detecting sensor comprising: Method of manufacturing.
제8 항에 있어서,
상기 자가조립 단분자층은 상기 절연층 상부에 발수성 코팅 물질 및 이온 흡착 물질을 도포 또는 증착하여 형성되는 것인 중금속 이온탐지 센서의 제조방법.
The method of claim 8,
The method of manufacturing a heavy metal ion detecting sensor wherein the self-assembled monolayer is formed by coating or depositing a water-repellent coating material and an ion adsorption material on the insulating layer.
제1 항 또는 제2 항에 따른 중금속 이온탐지 센서를 이용하며,
상기 제1 전극기판 상부 표면에 상기 제1 전극기판과 상기 제2 전극기판과 접촉하도록 상기 물을 흡착시킨 후, 상기 제2 전극기판의 수직 상하운동에 의해 상기 물과 상기 제1 전극기판 상부 표면의 접촉면 변화에 따라 발생하는 전기 발생량을 획득하는 단계;
상기 제1 전극기판 상부 표면에 상기 제1 전극기판과 상기 제2 전극기판과 접촉하도록 상기 이온성 액체를 흡착시킨 후, 상기 제2 전극기판의 수직 상하 운동에 의해 상기 이온성 액체와 상기 제1 전극기판 상부 표면의 접촉면 변화에 따라 발생하는 전기 발생량을 획득하는 단계; 및 상기 물의 전기 발생량과 상기 이온성 액체의 전기 발생량을 비교하여 중금속 이온을 탐지하는 단계;를 포함하는 것인 중금속 이온탐지 방법.
Using the heavy metal ion detection sensor according to claim 1 or 2,
After adsorbing the water on the upper surface of the first electrode substrate so as to contact the first electrode substrate and the second electrode substrate, the water and the upper surface of the first electrode substrate by vertical vertical motion of the second electrode substrate Obtaining an amount of electricity generated according to the change of the contact surface of the
After adsorbing the ionic liquid on the upper surface of the first electrode substrate so as to contact the first electrode substrate and the second electrode substrate, the ionic liquid and the first Acquiring an amount of electricity generated according to a change in a contact surface of an upper surface of the electrode substrate; And detecting heavy metal ions by comparing the amount of electricity generated by the water and the amount of electricity generated by the ionic liquid.
KR1020180161879A 2018-12-14 2018-12-14 Detection sensor of heavy metal ion and method thereof KR102195506B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180161879A KR102195506B1 (en) 2018-12-14 2018-12-14 Detection sensor of heavy metal ion and method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180161879A KR102195506B1 (en) 2018-12-14 2018-12-14 Detection sensor of heavy metal ion and method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200073571A KR20200073571A (en) 2020-06-24
KR102195506B1 true KR102195506B1 (en) 2020-12-28

Family

ID=71408001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180161879A KR102195506B1 (en) 2018-12-14 2018-12-14 Detection sensor of heavy metal ion and method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102195506B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111855558B (en) * 2020-07-29 2023-04-18 深圳前海中瑞智能技术开发有限公司 System and method for eliminating characteristic adsorption of cement-based sensor
CN114324491B (en) * 2022-03-10 2022-06-21 深圳市检验检疫科学研究院 Equipment and method for detecting heavy metal content by applying amino chelate resin

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101358286B1 (en) 2012-11-26 2014-02-12 서울대학교산학협력단 Apparatus for energy harvesting using change of contact area with liquid
KR101810036B1 (en) * 2016-07-29 2017-12-19 서울대학교산학협력단 Apparatus for energy converting using liquid

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101407489B1 (en) * 2012-11-29 2014-06-13 서울대학교산학협력단 Apparatus for energy converting using liquid
KR101721662B1 (en) * 2015-08-19 2017-03-30 전자부품연구원 Liquid drop measuring device
KR101746517B1 (en) 2016-01-07 2017-06-14 광주과학기술원 Detecting method of heavy metal ions and sensor using the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101358286B1 (en) 2012-11-26 2014-02-12 서울대학교산학협력단 Apparatus for energy harvesting using change of contact area with liquid
KR101810036B1 (en) * 2016-07-29 2017-12-19 서울대학교산학협력단 Apparatus for energy converting using liquid

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200073571A (en) 2020-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nketia-Yawson et al. Highly sensitive flexible NH3 sensors based on printed organic transistors with fluorinated conjugated polymers
Lao et al. Giant enhancement in UV response of ZnO nanobelts by polymer surface-functionalization
Roberts et al. Sorted and aligned single-walled carbon nanotube networks for transistor-based aqueous chemical sensors
Khan et al. Pentacene based organic thin film transistors as the transducer for biochemical sensing in aqueous media
CN101801839B (en) The conductive nanomembrane, and mems sensor of using the same
KR102195506B1 (en) Detection sensor of heavy metal ion and method thereof
JP4238715B2 (en) Electrochemical measurement electrode
Wang et al. Large-area flexible printed thin-film transistors with semiconducting single-walled carbon nanotubes for NO2 sensors
CN108831828B (en) Flexible electronic device applicable to various surfaces and preparation method thereof
Nie et al. Dew point measurement using a carbon-based capacitive sensor with active temperature control
Yoon et al. Nonvolatile memory functionality of ZnO nanowire transistors controlled by mobile protons
WO2019127719A1 (en) Organic photoelectrochemical transistor-based toxin sensor and manufacturing method thereof
Münzer et al. Random CNT network and regioregular poly (3-hexylthiophen) FETs for pH sensing applications: A comparison
KR101255189B1 (en) Method for preparing biosensor comprising reduced graphene oxide pattern using printing of self-assembled monolayer and biosensor prepared thereby
Wang et al. Potential-controlled molecular machinery of bipyridinium monolayer-functionalized surfaces: an electrochemical and contact angle analysis
Di Lauro et al. The substrate is a pH-controlled second gate of electrolyte-gated organic field-effect transistor
Sizov et al. Self-assembled interface monolayers for organic and hybrid electronics
Jin et al. Cu x O Nanowires Based Flexible Ionovoltaic Device for Droplet-Flow-Induced Electrical Energy Generation
Yang et al. Electricity modulation of a water motion active transducer via surface functionality control
Cao et al. Electronic sensitivity of carbon nanotubes to internal water wetting
Correia et al. All-printed Piezoresistive sensor matrix with organic thin-film transistors as a switch for crosstalk reduction
Lin et al. Antidelaminating, thermally stable, and cost-effective flexible kapton platforms for nitrate sensors, mercury aptasensors, protein sensors, and p-type organic thin-film transistors
Lee et al. Chemical sensors based on graphene and 2D graphene analogs
Liu et al. Rapid fabrication of nanomaterial electrodes using digitally controlled electrokinetics
Wang et al. Electrochemistry and contact angles of an ionic liquid sessile droplet on films of monolayer-protected au nanoparticles

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant