KR102231421B1 - molecule sensor - Google Patents

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KR102231421B1
KR102231421B1 KR1020190103415A KR20190103415A KR102231421B1 KR 102231421 B1 KR102231421 B1 KR 102231421B1 KR 1020190103415 A KR1020190103415 A KR 1020190103415A KR 20190103415 A KR20190103415 A KR 20190103415A KR 102231421 B1 KR102231421 B1 KR 102231421B1
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야스히코 카사마
권민상
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권민상
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    • G01N21/3151Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths using two sources of radiation of different wavelengths

Abstract

본 발명은 검출대상물질을 분자 단위로 검출할 수 있는 새로운 개념의 분자센서에 관한 것으로, 특히, 검출대상물질이 갖는 산화환원전위의 에너지준위를 고려하여 음극, 양극, 양극측이동유도물질 및 음극측이동유도물질의 에너지준위를 설계하고, 여기 에너지를 공급한 후, 상기 검출대상물질이 공여하는 전자를 매개로 하여 음극에서 양극으로 전자가 이동하도록 한 것으로, 상기 전자의 이동을 검출함으로써 검출대상물질의 존재 여부 및, 분자 단위의 정밀한 검측을 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 이온내포풀러렌, 풀러렌염, 풀러렌. 색소 등을 사용하여 에너지준위를 설계함으로써 검출 대상 범위를 넓히고 측정 감도를 향상시키는 효과가 있다.
이러한 본 발명은 ppt 레벨의 정밀한 검측 기술을 제공하여 초정밀 진단의학분야, 초정밀 센싱분야, 초정밀 제어분야 및 바이오, 우주과학분야에서 기존의 기술로는 해결할 수 없었던 검측 문제를 해결한 것으로, 초정밀도를 갖는 암 진단 센서, 결핵 진단 센서, 구취 진단 센서, 스트레스 센서, 독가스 검출 센서, 농약 검출센서, 폭발물 검출 센서 등을 구성할 수 있는 효과 등이 있다.
The present invention relates to a molecular sensor of a new concept capable of detecting a substance to be detected on a molecular basis. In particular, in consideration of the energy level of the oxidation-reduction potential of the substance to be detected, a cathode, an anode, an anode side movement inducer, and a cathode After designing the energy level of the lateral movement inducing material, supplying excitation energy, electrons are allowed to move from the cathode to the anode through electrons donated by the detection target material, and the detection target by detecting the movement of the electrons. It has the effect of enabling precise detection of the presence or absence of substances and molecular units.
In addition, ion-containing fullerenes, fullerene salts, and fullerenes. By designing the energy level using a dye or the like, there is an effect of widening the detection target range and improving the measurement sensitivity.
The present invention provides a ppt-level precise detection technology to solve the detection problems that could not be solved with conventional technologies in the field of ultra-precise diagnostic medicine, ultra-precise sensing, ultra-precise control, and bio, space science. It has an effect of configuring a cancer diagnosis sensor, a tuberculosis diagnosis sensor, a bad breath diagnosis sensor, a stress sensor, a poison gas detection sensor, a pesticide detection sensor, an explosive detection sensor, and the like.

Figure R1020190103415
Figure R1020190103415

Description

분자센서{molecule sensor}Molecule sensor

본 발명은 검출하고자 하는 물질의 존재 유무, 종류 및 양을 분자 단위로 검출하는 분자센서에 관한 것으로, 특히, 검출하고자 하는 물질(이하, "검출대상물질"이라 한다.)의 분자 수에 비례하는 수의 전자가 음극에서 양극으로 이동할 수 있도록 검출대상물질의 산화환원전위의 에너지준위를 고려하여 음극과 양극 각각의 산화환원전위의 에너지준위를 설계함으로써 검출대상물질을 분자단위로 정밀하게 검출할 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a molecular sensor that detects the presence, type and amount of a substance to be detected on a molecular basis. In particular, the present invention relates to a molecular sensor that is proportional to the number of molecules of a substance to be detected (hereinafter, referred to as "substance to be detected"). By designing the energy level of the redox potential of each of the negative electrode and the positive electrode in consideration of the energy level of the redox potential of the substance to be detected so that a number of electrons can move from the negative electrode to the positive electrode, the detection target substance can be accurately detected in molecular units. I made it so.

또한, 검출하고자 하는 검출대상물질의 종류에 따라 음극에서 양극으로의 전자 이동을 중계하는 물질(이하, 음극에서 양극으로의 전자 이동을 중계하는 물질을 "이동유도물질"이라 한다.)을 더 포함하고, 가전자대에 있는 전자를 전도대로 여기(勵起)시키는 여기 에너지를 공급하는 여기에너지공급부를 더 포함하여 구성함으로써 더욱 정밀한 검측이 이루어질 수 있도록 한 것이다.In addition, a material that relays the movement of electrons from the cathode to the anode according to the type of the detection target material to be detected (hereinafter, a material that relays the movement of electrons from the cathode to the anode is referred to as a "migration inducing material"). And, by further including an excitation energy supply unit that supplies excitation energy that excites electrons in the valence band to the conduction band, more precise detection can be made.

또한, 이동유도물질로 색소(色素, Dye), 풀러렌(Fullerene), 풀러렌염, 또는 이온이 내포된 풀러렌(이하 "이온내포풀러렌"이라 한다.) 등을 이용하여 산화환원전위의 에너지준위를 낮추고 양자수율(量子數率)을 높임으로써, 검출할 수 있는 물질의 범위를 넓히고 측정 감도를 향상시킨 것이다.In addition, the energy level of the redox potential is lowered by using dyes, fullerenes, fullerene salts, or fullerenes containing ions (hereinafter referred to as "ion containing fullerenes") as migration inducing substances. By increasing the quantum yield, the range of substances that can be detected is widened and the measurement sensitivity is improved.

어떤 특정한 물질이 존재하는지의 여부를 검출하고자 하는 노력은 산업기술의 발전과 더불어 더욱 가속화 되어 다양한 산업군에서 다양한 원리를 이용하는 많은 종류의 센서가 개발되었다. 이러한 각종 센서는 전기, 전자, 기계, 화학, 물리, 바이오, 의학 등 산업계 전 분야에 걸쳐 인간의 오감을 빠르게 대체하였으며, 정보통신기술과 사물인터넷 기술이 융합되면서 사용 범위가 더욱 넓어지고 더욱 정밀해지고 있다.Efforts to detect whether a specific substance is present has been accelerated further with the development of industrial technology, and many types of sensors using various principles have been developed in various industrial groups. These various sensors have quickly replaced the five senses of humans across all industries such as electricity, electronics, machinery, chemistry, physics, bio, and medicine, and as information and communication technology and IoT technology converge, the scope of use becomes wider and more precise. have.

기술이 더욱 발전함에 따라 물질의 극미량을 검출할 수 있는 초정밀 센서의 개발이 지속적으로 이루어져 초정밀 진단의학분야, 초정밀 센싱분야, 초정밀 제어분야 및, 바이오, 우주과학분야 등에 사용되고 있다.As the technology further develops, the development of ultra-precise sensors capable of detecting trace amounts of substances has been continuously made and is being used in the field of ultra-precision diagnostic medicine, the field of ultra-precision sensing, the field of ultra-precision control, and the field of bio and space science.

1) 검출하고자 하는 물질의 흡착에 따른 역학적 왜곡을 검출하여 검출하고자 하는 물질을 검출하는 캔틸레버(Cantilever) 방식의 정밀 센서,1) Cantilever type precision sensor that detects the substance to be detected by detecting the mechanical distortion caused by adsorption of the substance to be detected,

2) 검출하고자 하는 물질의 흡착에 따른 저항 변화를 검출하여 검출하고자 하는 물질을 검출하는 반도체 센서 방식의 정밀 센서,2) A semiconductor sensor type precision sensor that detects the material to be detected by detecting the change in resistance due to the adsorption of the material to be detected,

3) 변동하는 전기장 내부에 검출하고자 하는 물질을 통과시켜 특정한 질량단면적 비를 갖는 분자만 검지기에 도달하도록 함으로써 검출하고자 하는 물질을 검출하는 비대칭장 이온 이동 분석 방식을 이용한 정밀 센서,3) Precision sensor using asymmetric field ion movement analysis method that detects the substance to be detected by passing the substance to be detected inside the fluctuating electric field so that only molecules with a specific mass cross-sectional area reach the detector,

4) 유전자 조작한 마우스의 수용체를 이용하여 검출하고자 하는 물질을 검출하는 유전자 센싱 방식을 이용한 정밀 센서,4) Precision sensor using a gene sensing method that detects the substance to be detected using the receptor of a genetically modified mouse,

5) 항원 항체 반응을 이용한 센서 등은 이러한 초정밀 센서의 일례이다.5) A sensor using an antigen-antibody reaction is an example of such an ultra-precision sensor.

그러나 상기와 같은 종래의 기술들은 그 검출 정확도가 ppm(parts per million, 1/10-6) ~ ppb(parts per billion. 1/10-9) 레벨로, ppt(parts per trillion, 1/10-12) 레벨에 이르는 정밀한 계측 및, 분자 단위의 초정밀 계측이 어렵다는 문제점 등이 있었다.However, in ~ ppb (. Parts per billion 1/10 -9) conventional techniques is that the detection accuracy ppm (parts per million, 1/10 -6 ) level as described above, ppt (parts per trillion, 1/10 - 12 ) There was a problem in that it was difficult to measure precisely up to the level and ultra-precise measurement in molecular units.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 특히, 산화환원전위의 에너지준위를 이용하여 검출대상물질을 분자단위로 검출함으로써 ppt 레벨 이상의 정밀한 검측을 할 수 있는 새로운 개념의 "분자센서"를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to solve the conventional problems as described above, in particular, a new concept that enables precise detection of more than the ppt level by detecting a substance to be detected in molecular units using the energy level of the redox potential. It is to provide a "molecular sensor".

또한, 검출대상물질에서 공여하는 전자를 매개로 한 전류를 검측함으로써 실시간 검측이 가능한 "분자센서"를 제공하기 위한 것이다.In addition, it is to provide a "molecular sensor" capable of real-time detection by detecting a current through electrons donated from a detection target material.

또한, 다양한 산화환원전위의 에너지준위를 갖는 이동유도물질(양극측이동유도물질, 음극측이동유도물질)을 이용하여 검출대상물질을 검측하도록 함으로써, 검측 대상을 넓히고, 더욱 정밀한 검측이 이루어지도록 한 것이다.In addition, by detecting the detection target material using movement inducing materials (positive side movement inducing material, cathode side movement inducing material) having energy levels of various redox potentials, the detection target is widened and more precise detection is made. will be.

본 발명은 산화환원전위의 에너지준위를 이용하여 분자단위로 검출대상물질을 정밀하게 검출할 수 있는 분자센서로, 특히, 검출하고자 하는 물질이 갖는 산화환원전위의 에너지준위를 분석하여, 검출대상물질이 유입되었을 경우에 이 검출대상물질에서 공여하는 전자를 매개로 하여 음극에서 양극으로 전자 이동이 이루어지도록, 상기 음극 물질과 양극 물질의 산화환원전위의 에너지준위를 설계하여 구성함을 특징으로 한다.The present invention is a molecular sensor capable of accurately detecting a substance to be detected on a molecular basis by using the energy level of the redox potential. In particular, by analyzing the energy level of the redox potential of the substance to be detected, the substance to be detected It is characterized by designing and configuring the energy levels of the redox potentials of the cathode material and the anode material so that electrons transfer from the cathode to the anode via electrons donated from the detection target material when the material is introduced.

또한, 음극에서 양극으로의 전자 이동을 중계하는 하나 이상의 이동유도물질을 이용하여 산화환원전위의 에너지준위를 설계하고, 가전자대(Valence Band)의 호모(HOMO: Highest Occupied Molecular Orbital)에서 전도대(Conduction Band)의 루모(LUMO: Lowest Unoccupied Molecular Orbital)로 전자가 여기할 수 있도록 여기 에너지(광에너지, 열에너지 등)를 공급하여 전자의 이동을 제어함으로써, 더욱 정확한 검측이 이루어지도록 구성함을 특징으로 한다.In addition, the energy level of the redox potential is designed using one or more migration inducing materials that relay electrons from the cathode to the anode, and conduction bands in the Highest Occupied Molecular Orbital (HOMO) of the Valence Band. Band)'s LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) provides excitation energy (light energy, thermal energy, etc.) so that electrons can be excited to control the movement of electrons, so that more accurate detection can be made. .

또한, 풀러렌, 풀러렌염, 이온내포풀러렌, 색소, 또는 이온내포풀러렌과 색소의 복합체 중 어느 하나 이상으로 이동유도물질을 구성함으로써 검출 범위를 넓히고 측정 감도를 향상시킴을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that the detection range is widened and the measurement sensitivity is improved by constituting a migration-inducing substance with at least one of fullerene, fullerene salt, ion-containing fullerene, dye, or a complex of ion-containing fullerene and dye.

상기 풀러렌은, C60, C70, C72, C78, C82, C90, C94, C96 중 어느 하나인 것을 특징으로 하고, 상기 이온내포풀러렌에 내포되는 이온은, 리튬, 나트륨, 칼륨, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 또는 스트론튬 중 어느 하나인 것을 특징으로 하며, 상기 색소는, 폴리-3-헥실 티 오펜(P3HT) 등의 폴리 티 오펜, 폴리p-페닐 렌, 폴리p-페닐 렌 비닐 렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, PEDOT, P3OT, POPT, MDMO-PPV, MEH-PPV 등의 고분자 중합체 또는 그 유도체 중 하나 이상임을 특징으로 한다.The fullerene is characterized in that any one of C60, C70, C72, C78, C82, C90, C94, C96, and the ions contained in the ion-containing fullerene are lithium, sodium, potassium, cesium, magnesium, calcium, Or strontium, wherein the dye is polythiophene such as poly-3-hexylthiophene (P3HT), polyp-phenylene, polyp-phenylene vinylene, polyaniline, polypyrrole, PEDOT , P3OT, POPT, MDMO-PPV, MEH-PPV, and other polymers or derivatives thereof.

본 발명 "분자센서"는, 특히, 산화환원전위의 에너지준위를 이용하여 검출대상물질을 검출함으로써, ppt 레벨 이상의 정밀도로 분자 단위의 정밀한 검측을 할 수 있는 효과가 있다.In particular, the "molecular sensor" of the present invention detects a substance to be detected using an energy level of an oxidation-reduction potential, thereby enabling precise detection of a molecular unit with an accuracy of a ppt level or higher.

또한, 이동유도물질을 이용하여 에너지준위를 설계함으로써 검출범위를 넓히고 선택성을 높임은 물론, 정확성을 높이는 효과가 있다.In addition, by designing an energy level using a movement inducing substance, the detection range is broadened, selectivity is improved, and accuracy is improved.

또한, 산화환원전위의 에너지준위가 매우 낮고 양자수율이 높은 이온내포풀러렌과 색소 등을 이용하여 산화환원전위의 에너지준위를 설계함으로써 검측 범위 및 정확성을 더욱 확장시키는 효과가 있다.In addition, there is an effect of further expanding the detection range and accuracy by designing the energy level of the redox potential using ion-containing fullerenes and pigments, etc., which have a very low redox potential and a high quantum yield.

이러한 본 발명은 ppt 레벨 이상의 정밀한 검측 기술을 제공하여 초정밀 진단의학분야, 초정밀 센싱분야, 초정밀 제어분야 및 바이오, 우주과학분야에서 기존의 기술로는 해결할 수 없었던 검측 문제를 해결하여 당해 분야의 비약적 발전을 견인하는 효과가 있다.The present invention provides a precise detection technology higher than the ppt level to solve the detection problems that could not be solved with conventional technologies in the field of ultra-precise diagnostic medicine, ultra-precise sensing, ultra-precise control, and bio, space science, and a leap forward in the field. It has the effect of traction.

예를 들어, 호흡, 소변, 혈액 및 타액에 극미량으로 존재하는 암기인물질(암을 원인으로 하여 발생하는 물질)을 검출하여 조기 암 진단을 하도록 구성할 수 있고, 결핵기인물질(결핵을 원인으로 하여 발생하는 물질)을 검출하여 결핵을 조기 진단할 수 있도록 구성할 수 있고, 구취기인물질(구취를 원인으로 하여 발생하는 물질)을 검출하여 구취 원인을 알 수 있도록 구성할 수 있고, 스트레스기인물질(스트레스를 원인으로 하여 발생하는 물질)을 검출하여 스트레스 정도를 검출할 수 있는 효과가 있다. 또한 사린가스, 다이옥신 등과 같은 극미량의 치명적인 독가스를 검출하여 사전경보를 할 수 있도록 구성할 수 있고, 농약 성분을 검출하여 극미량의 농약을 검출할 수 있도록 구성할 수 있고, 폭탄 성분을 검출하여 폭발물을 검출할 수 있도록 구성함은 물론, 다양한 분야에서 다양한 정밀 센서를 구성할 수 있는 효과가 있다.For example, it can be configured to diagnose cancer early by detecting cancer-causing substances (substances caused by cancer) present in trace amounts in breath, urine, blood and saliva, and tuberculosis-causing substances (tuberculosis-causing substances). It can be configured so that tuberculosis can be diagnosed early by detecting the substance that is caused by bad breath, and it can be configured so that the cause of bad breath can be identified by detecting substances that cause bad breath (materials caused by bad breath). There is an effect that can detect the level of stress by detecting (substances caused by stress). In addition, it can be configured to detect a very small amount of lethal poison gas such as sarin gas and dioxin, and to perform a preliminary warning, and it can be configured to detect a very small amount of pesticide by detecting a pesticide component, and an explosive substance can be detected by detecting a bomb component. In addition to being configured to detect, there is an effect of being able to configure various precision sensors in various fields.

도 1 은 본 발명 "분자센서"의 산화환원전위의 에너지준위 설계를 나타낸 도면,
도 2 는 본 발명 "분자센서"의 다른 산화환원전위의 에너지준위 설계를 나타낸 도면,
도 3 은 본 발명 "분자센서"의 또 다른 산화환원전위의 에너지준위 설계를 나타낸 도면,
도 4 는 본 발명 "분자센서"의 또 다른 산화환원전위의 에너지준위 설계를 나타낸 도면,
도 5 는 본 발명 "분자센서"의 또 다른 산화환원전위의 에너지준위 설계를 나타낸 도면,
도 6 은 본 발명 "분자센서"의 또 다른 산화환원전위의 에너지준위 설계를 나타낸 도면,
도 7 은 본 발명 "분자센서"의 또 다른 산화환원전위의 에너지준위 설계를 나타낸 도면,
도 8 은 본 발명 "분자센서"의 또 다른 산화환원전위의 너지준위 설계를 나타낸 도면,
도 9 는 본 발명 "분자센서"의 또 다른 산화환원전위의 에너지준위 설계를 나타낸 도면,
도 10 은 본 발명 "분자센서"의 또 다른 산화환원전위의 에너지준위 설계를 나타낸 도면,
도 11 은 본 발명 "분자센서"의 또 다른 산화환원전위의 에너지준위 설계를 나타낸 도면,
도 12 는 본 발명 "분자센서"의 또 다른 산화환원전위의 에너지준위 설계를 나타낸 도면,
도 13 은 본 발명 "분자센서"의 또 다른 산화환원전위의 에너지준위 설계를 나타낸 도면,
도 14 는 본 발명 "분자센서"의 또 다른 산화환원전위의 에너지준위 설계를 나타낸 도면,
도 15 는 본 발명의 시스템 구성을 나타낸 블록도,
도 16 은 본 발명 센서전극부의 구성을 나타낸 도면,
도 17 은 본 발명의 실시예에 따른 산화환원전위의 에너지준위 설계를 나타낸 도면,
도 18 은 본 발명의 실시예에 따른 센서전극부의 구성을 나타낸 도면,
도 19 는 본 발명의 실시예에 따른 센서전극부의 다른 구성을 나타낸 도면,
도 20a 는 이온내포풀러렌을 나타낸 개념도,
도 20b 는 이온내포풀러렌과 색소가 결합한 중합체의 구성을 나타낸 개념도,
도 20c 는 광에너지에 의한 전자의 여기 상태를 나타낸 개념도,
도 21 은 양극에 풀러렌-색소 중합체를 전기영동 시킨 것을 나타낸 개념도,
도 22 는 전자의 에너지준위 나타낸 도면,
도 23 은 포텐시오스타트의 회로구성을 개념적으로 나타낸 도면,
도 24 는 측정 전극 구성의 일례를 나타낸 도면,
도 25 는 CV 그래프의 구간 확대를 나타낸 그래프,
도 26 은 파장에 따른 양자수율의 일례를 나타낸 그래프.
1 is a view showing the energy level design of the redox potential of the present invention "molecular sensor",
2 is a view showing the energy level design of another redox potential of the "molecular sensor" of the present invention;
3 is a diagram showing another energy level design of the redox potential of the "molecular sensor" of the present invention;
4 is a view showing another energy level design of the redox potential of the "molecular sensor" of the present invention;
5 is a view showing another energy level design of the redox potential of the "molecular sensor" of the present invention;
6 is a view showing another energy level design of the redox potential of the present invention "molecular sensor",
7 is a view showing another energy level design of the redox potential of the "molecular sensor" of the present invention;
8 is a view showing another energy level design of the redox potential of the "molecular sensor" of the present invention;
9 is a view showing another energy level design of the redox potential of the "molecular sensor" of the present invention;
10 is a diagram showing another energy level design of the redox potential of the "molecular sensor" of the present invention;
11 is a view showing another energy level design of the redox potential of the "molecular sensor" of the present invention;
12 is a view showing another energy level design of the redox potential of the "molecular sensor" of the present invention;
13 is a view showing another energy level design of the redox potential of the "molecular sensor" of the present invention;
14 is a diagram showing another energy level design of the redox potential of the "molecular sensor" of the present invention;
15 is a block diagram showing the system configuration of the present invention;
16 is a view showing the configuration of the sensor electrode unit of the present invention,
17 is a diagram showing the design of the energy level of the redox potential according to an embodiment of the present invention;
18 is a view showing the configuration of a sensor electrode unit according to an embodiment of the present invention;
19 is a view showing another configuration of a sensor electrode unit according to an embodiment of the present invention;
20A is a conceptual diagram showing an ion-containing fullerene,
20B is a conceptual diagram showing the configuration of a polymer in which an ion-containing fullerene and a dye are bound;
20C is a conceptual diagram showing an excited state of electrons by light energy,
21 is a conceptual diagram showing electrophoresis of a fullerene-pigmented polymer on a positive electrode,
22 is a diagram showing the energy level of an electron;
23 is a diagram conceptually showing a circuit configuration of a potentiostat;
24 is a diagram showing an example of a configuration of a measurement electrode;
25 is a graph showing an enlargement of a section of a CV graph;
26 is a graph showing an example of a quantum yield according to the wavelength.

본 발명의 기술성 사상을 그 기술적 사상에 따른 구체적인 구성과 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.The technical idea of the present invention will be described in detail with reference to specific configurations and embodiments according to the technical idea.

본 발명을 실시 예를 들어 설명함에 있어서, 동일, 또는 유사한 구성 및 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 명칭 및 부호를 사용하며, 중복되거나 발명의 의미를 한정적으로 해석되게 할 수 있는 부가적인 설명은 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 생략될 수 있다.In describing the present invention by way of example, the same or similar names and symbols are used for components having the same or similar configuration and function, and additional description that may be redundant or limitedly interpret the meaning of the invention. May be omitted in describing embodiments of the present invention.

구체적인 설명에 앞서, 본 명세서상에 비록 단수적 표현으로 기재되어 있을지라도 국어 사용에 있어서 단수/복수를 명확하게 구분 짓지 않고 사용되는 환경과 당해 분야에서의 통상적인 용어 사용 환경에 비추어, 발명의 개념에 반하지 않고 해석상 모순되거나 명백하게 다르게 뜻하지 않는 이상 복수의 표현을 포함하는 의미로 사용된다. 또한, 본 명세서에 기재되었거나 기재될 수 있는 '포함한다', '갖는다', '구비한다', '포함하여 이루어진다' 등은 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 구성요소 또는 그들 조합의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
하나의 관점에서, 본 발명에 기재된 산화환원전위(Oxidation-Reduction Potential)는, 어떤 화합물이나 원소로부터 전자를 다른 원소나 화합물로 이동시키는데 필요한 전기적 전위를 말하는 것이고, 산화환원전위의 에너지준위는 어떤 물질의 산화환원전위가 갖는 고유의 에너지 준위를 말하는 것이다.
바람직하기로, 본 발명의 분자센서는 진공 상태에서 검출대상물질이 갖는 산화환원전위의 에너지준위를 기준으로 설계되며, 상기 산화환원전위의 에너지준위는 에너지준위로 약칭되어 설명될 수 있다.
예를 들어 진공 상태에서 톨루엔의 가전자대가 갖는 산화환원전위의 에너지준위(이하 “가전자대의 에너지준위”라 약칭할 수 있다.)는 -6.55eV이고, 전도대가 갖는 산화환원전위의 에너지준위(이하 “전자대의 에너지준위”라 약칭할 수 있다.)는 -0.18eV이다. 백금의 경우 가전자대의 에너지준위는 -5.93eV이고, 전도대의 에너지준위는 -5.12eV이다.
또 다른 관점에서 본 발명은, 진공 상태에서 산화환원전위의 에너지준위를 설정하는 분자센서이며, 바람직하게는 산화환원전위의 에너지전위를 갖는 음극(이하, 산화환원전위가 중복되는 것을 피하기 위해 음극의 에너지전위라 약칭할 수 있다)과, 산화환원전위의 에너지전위를 갖는 양극(이하, 양극의 에너지전위라 약칭할 수 있다)을 기본 바탕으로 한다.
Prior to the detailed description, the concept of the invention in light of the environment in which the singular/plural is not clearly distinguished in the use of the Korean language and the environment in which the terms are used in the related field, even though it is described in a singular expression in this specification. It is used as a meaning that includes multiple expressions unless it is contradictory in interpretation and does not mean clearly differently. In addition,'comprises','have','includes','comprises', and the like described or may be described in the present specification indicate the presence or addition of one or more other features or elements or combinations thereof. It should be understood that it is not excluded in advance.
In one aspect, the oxidation-reduction potential described in the present invention refers to an electrical potential required to transfer electrons from a certain compound or element to another element or compound, and the energy level of the redox potential is a certain substance. It refers to the intrinsic energy level of the redox potential of.
Preferably, the molecular sensor of the present invention is designed based on the energy level of the redox potential of the substance to be detected in a vacuum state, and the energy level of the redox potential may be abbreviated as an energy level.
For example, the energy level of the redox potential of the valence band of toluene in a vacuum (hereinafter, it can be abbreviated as “the energy level of the valence band”) is -6.55 eV, and the energy level of the redox potential of the conduction band ( Hereinafter, it can be abbreviated as “the energy level of the electron band”) is -0.18 eV. In the case of platinum, the energy level of the valence band is -5.93 eV, and the energy level of the conduction band is -5.12 eV.
In another aspect, the present invention is a molecular sensor that sets the energy level of the redox potential in a vacuum state, and preferably, a cathode having an energy potential of the redox potential (hereinafter, It is based on an anode having an energy potential of the redox potential (hereinafter, it may be abbreviated as the energy potential of the anode).

<구성 1><Configuration 1>

본 발명 "분자센서"의 기술적 사상에 따른 구성1은, 도1에서 도시되는 바와 같이, 진공 상태에서 검출대상물질이 가지는 산화환원전위의 에너지준위를 기준으로 한다.
진공 상태에서 검출하고자하는 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성된 음극; 및, 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 낮은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성된 양극;을 포함하여 이루어져, 상기 음극과 양극 사이에 검출대상물질이 유입되었을 경우, 이 검출대상물질을 매개로 하여 음극에서 양극으로 전자 이동이 이루어지도록 에너지준위가 설정됨을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
Configuration 1 according to the technical idea of the "molecular sensor" of the present invention, as shown in FIG. 1, is based on the energy level of the redox potential of the material to be detected in a vacuum state.
A cathode configured to have an energy level of a redox potential higher than that of the valence band of the material to be detected in a vacuum state; And, an anode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential lower than the energy level of the valence band of the material to be detected; when the material to be detected flows between the cathode and the anode, the material to be detected is used as a medium. Thus, the energy level is set so that electrons can be transferred from the cathode to the anode.

이와 같이 구성된 본 발명의 구성1은, 음극의 에너지준위는 검출대상물질보다 높게 설계하고, 양극의 에너지준위는 검출대상물질보다 낮게 설계하여, 상기 검출대상물질에서 공여되는 전자를 매개로 하여 음극에서 양극으로 전자의 이동이 이루어질 수 있도록 한 것이다.In the configuration 1 of the present invention configured as described above, the energy level of the cathode is designed to be higher than that of the material to be detected, and the energy level of the anode is designed to be lower than that of the material to be detected. This is to allow the movement of electrons to the anode.

양극의 가전자대의 에너지준위 c와, 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위 e 및, 음극의 가전자대의 에너지준위 a의 관계는 다음과 같다.The relationship between the energy level c of the valence band of the positive electrode, the energy level e of the valence band of the substance to be detected, and the energy level a of the valence band of the negative electrode is as follows.

구성1의 에너지 준위: c<e, e<aEnergy level of configuration 1: c<e, e<a

이러한 본 발명의 구성1은, 상기 음극의 에너지준위 값과 양극의 에너지준위 값 사이의 산화환원전위의 에너지준위를 갖는 검출대상물질이 유입되면, 상기 검출대상물질의 가전자대에 있던 전자가 자신보다 낮은 산화환원전위의 에너지준위를 갖는 양극으로 이동하고, 양극으로 이동한 전자로 인하여 생긴 검출대상물질의 가전자대의 양공으로 음극에서 전자가 이동하게 되는 것으로, 검출대상물질이 존재하는 한 검출대상물질에 비례하는 수의 전자가 지속적으로 이동하게 된다.In the configuration 1 of the present invention, when a detection target material having an energy level of a redox potential between the energy level value of the cathode and the energy level value of the anode is introduced, electrons in the valence band of the detection target material are It moves to the anode with the energy level of the low redox potential and moves electrons from the cathode to the positive holes of the valence band of the material to be detected due to the electrons moved to the anode. As long as the material to be detected is present, the material to be detected The number of electrons proportional to is constantly moving.

이때, 전자의 이동 여부(전류의 흐름 여부)를 검출하여 검출대상물질이 존재하는 지의 여부를 판단하고, 전자의 이동 정도(전류량)를 검출하여 유입된 검출대상물질의 양을 정밀하게 판단할 수 있다. At this time, it is possible to determine whether or not the detection target material exists by detecting the movement of electrons (whether or not the current flows), and accurately determine the amount of the introduced detection target material by detecting the movement degree (current amount) of electrons. have.

전자의 이동은 유입되는 검출대상물질의 분자 수에 비례하므로, 이동하는 전자의 이동(전류량)을 검출함으로써 분자 단위의 아주 정밀한 검측을 할 수 있다.Since the movement of electrons is proportional to the number of molecules of the substance to be detected, it is possible to perform very precise detection on a molecular basis by detecting the movement (current amount) of the moving electrons.

검출대상물질에 대한 선택성은 음극과 양극의 에너지준위 차를 미세하게 할수록 높아진다.The selectivity for the detection target material increases as the energy level difference between the cathode and the anode is finer.

이러한 본 발명의 구성1에 따른 기술은 질소산화물(NOx)이나, 과산화수소와 같이 자연 상태에서 라디칼을 가지고 있는 물질을 검출하고자 할 때 사용됨이 바람직하다.The technique according to configuration 1 of the present invention is preferably used when it is desired to detect a substance having radicals in a natural state, such as nitrogen oxide (NOx) or hydrogen peroxide.

<구성 2><Configuration 2>

본 발명 "분자센서"의 기술적 사상에 따른 구성2는, 도2에서 도시되는 바와 같이, 진공 상태를 기준으로 검출하고자하는 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성된 음극; 검출대상물질의 전도대의 에너지준위보다 낮은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성된 양극; 및, 상기 검출대상물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기 에너지를 공급하는 여기에너지공급부;를 포함하여 이루어져, 상기 음극과 양극 사이에 검출대상물질이 유입되었을 경우, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기 에너지에 의해 상기 검출대상물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 전도대로 여기된 전자가 양극으로 이동하며, 상기 검출대상물질의 가전자대에 생긴 양공으로 음극에서 전자가 이동하는 과정이 이루어지도록 산화환원전위의 에너지준위가 설정됨을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.Configuration 2 according to the technical idea of the "molecular sensor" of the present invention is to have an energy level of a redox potential higher than the energy level of the valence band of the material to be detected based on a vacuum state, as shown in FIG. Configured cathode; An anode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential lower than that of the conduction band of the material to be detected; And an excitation energy supply unit for supplying excitation energy so that electrons in the valence band of the detection target material are excited in a conduction band, and when the detection target material flows between the cathode and the anode, the excitation energy Electrons in the valence band of the detection target material are excited by the conduction band by the excitation energy supplied from the supply unit, the electrons excited with the conduction band move to the anode, and electrons from the cathode through the positive holes created in the valence band of the detection target material It is a feature of its technical construction that the energy level of the redox potential is set so that the process of moving is carried out.

구성2의 에너지 준위: c>e, e<aEnergy level of configuration 2: c>e, e<a

이와 같이 구성된 본 발명의 구성2는, 검출대상물질의 가전자대와 전도대의 밴드갭(Band Gap) 에너지 보다 큰 여기 에너지(예: 광)를 검출대상물질에 공급하여 상기 검출대상물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하도록 하고, 이 전도대에 여기된 전자는 전도대의 에너지준위보다 낮은 산화환원전위의 에너지준위를 갖는 양극으로 이동되도록 한 것이다. 또한, 상기 검출대상물질의 가전자대에 생긴 양공으로 음극에서 전자가 이동되어 전류가 흐르도록 한 것으로, 여기 에너지가 공급되는 한 상기와 같은 과정을 반복 수행하여 검출대상물질의 분자 수에 비례하는 전류가 흐르도록 한 것이다.In the configuration 2 of the present invention configured as described above, excitation energy (e.g., light) that is greater than the band gap energy of the detection target material and the conduction band is supplied to the detection target material to the valence band of the detection target material. The electrons in the conduction band are excited, and the electrons excited in this conduction band are This is to move to the anode with the energy level of the redox potential lower than the energy level. In addition, electrons are moved from the cathode to the positive holes in the valence band of the detection target material to allow current to flow. As long as excitation energy is supplied, the above process is repeated to generate a current proportional to the number of molecules of the detection target material. I let it flow.

이러한 본 발명의 구성2는 양극의 에너지준위가 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 높아 검출대상물질의 가전자대에 있는 전자가 양극으로 이동할 수 없는 경우, 상기 검출대상물질의 가전자대에 있는 전자를 전도대로 여기시켜 여기된 전자가 갖는 산화환원전위의 에너지준위를 이용하여 여기된 전자가 양극으로 이동할 수 있도록 한 것이다.In the configuration 2 of the present invention, when the energy level of the positive electrode is higher than the energy level of the valence band of the detection target material and electrons in the valence band of the detection target material cannot move to the positive electrode, the electrons in the valence band of the detection target material The excited electrons can move to the anode by using the energy level of the redox potential of the excited electrons by exciting the conduction band.

이를 다시 설명하면 다음과 같다.This is described again as follows.

주지하다시피, 도22에서 도시되는 바와 같이, 전자로 가득 차있는 밴드(Band)를 가전자대(Valence band)라 하고, 그 최고점유궤도를 호모(HOMO)라 한다. 또한, 전자가 비어있는 밴드를 전도대(Conduction band)라 하고, 그 최저궤도를 루모(LUMO)라 하고, 호모와 루모 사이의 에너지를 밴드갭 에너지(Eg)라 하며, 이 밴드갭 에너지 이상의 에너지를 공급하면 가전자대에 있는 전자를 전도대로 여기시킬 수 있다.As is well known, as shown in Fig. 22, a band full of electrons is referred to as a valence band, and the highest occupied orbit is referred to as HOMO. In addition, the band in which the electrons are empty is called the conduction band, the lowest orbit is called LUMO, and the energy between homo and lumo is called bandgap energy (Eg), and the energy above this bandgap energy is called If supplied, electrons in the valence band can be excited by the conduction band.

본 발명의 구성2는, 도2에서 도시되는 바와 같이, 여기에너지공급부를 통해 상기 밴드갭 에너지 이상의 에너지를 공급하여 검출대상물질의 가전자대에 있는 전자를 전도대로 여기시켜 산화환원전위의 에너지준위를 높임으로써 양극으로의 전자 이동이 이루어지도록 한 것이다. In the configuration 2 of the present invention, as shown in FIG. 2, the energy level of the redox potential is adjusted by supplying energy equal to or greater than the bandgap energy through the excitation energy supply unit to excite electrons in the valence band of the detection target material to the conduction band. By raising it, electrons move to the anode.

상기 여기에너지공급부는, 가전자대와 전도대 사이의 밴드갭 에너지 이상의 에너지를 공급하는 광에너지공급부, 또는 전자파에너지공급부, 또는 열에너지공급부 중 어느 하나 이상으로 구성됨을 특징으로 한다.The excitation energy supply unit is characterized in that it is composed of at least one of a light energy supply unit, an electromagnetic wave energy supply unit, or a thermal energy supply unit that supplies energy equal to or greater than the band gap energy between the valence band and the conduction band.

이러한 여기에너지공급부는 광에너지나, 전자파에너지, 또는 열에너지를 이용하여 여기 에너지를 구성한 것으로, 경우에 따라서는 두 개 이상의 에너지원을 함께 사용하여 여기 에너지를 구성할 수 있다. 예를 들어, 광에너지로 일정 크기의 여기 에너지를 공급하고, 열에너지로 일정 크기의 여기 에너지를 공급할 수 있도록 구성 할 수 있다. 이러한 구성은 하나의 에너지원으로 원하는 크기의 여기 에너지를 공급할 수 없을 경우 사용하기 위한 것이다. The excitation energy supply unit constitutes excitation energy using light energy, electromagnetic wave energy, or thermal energy, and in some cases, two or more energy sources may be used together to construct excitation energy. For example, it may be configured to supply a certain amount of excitation energy with light energy and a certain amount of excitation energy with thermal energy. This configuration is intended to be used when one energy source cannot supply the desired amount of excitation energy.

설명에 있어서 상기 "전자파"란 개념에는 열과 광이 모두 포함되나 설명의 편의상 구별하여 사용한다.In the description, the concept of "electromagnetic wave" includes both heat and light, but they are used separately for convenience of description.

상기 광에너지공급부에서 조사하는 광은 각기 다른 파장과 밝기를 가지는 하나 이상의 광으로 구성됨을 특징으로 한다.The light irradiated by the optical energy supply unit is characterized in that it is composed of one or more lights having different wavelengths and brightnesses.

상기 광에너지공급부에서 조사하는 광원은, 각기 다른 파장을 가지는 LED 광원, 또는 각기 다른 파장을 가지는 레이저 광원, 또는 할로겐 램프, 또는 수은 램프, 또는 크세논 램프 중 어느 하나 이상으로 구성됨을 특징으로 한다.The light source irradiated by the light energy supply unit is characterized in that it is composed of at least one of an LED light source having a different wavelength, a laser light source having a different wavelength, a halogen lamp, a mercury lamp, or a xenon lamp.

이와 같은 광에너지공급부는, 파장이나 밝기로 여기 에너지 양을 설계하여 각기 다른 밴드갭 에너지를 공급하기 위한 것이다.Such an optical energy supply unit is for supplying different band gap energy by designing the amount of excitation energy by wavelength or brightness.

예를 들어, 양극측이동유도물질, 또는 음극측이동유도물질이 다수 개 사용되고, 그 사용된 이동유도물질의 밴드갭 에너지가 다르고, 또한, 각각의 밴드갭 에너지를 구별하여 공급할 필요가 있을 경우, 공급하는 광의 파장이나 밝기를 조절하여 이를 달성할 수 있다.For example, when a plurality of anode-side movement inducing materials or cathode-side movement inducing materials are used, and the band gap energy of the used movement inducing material is different, and it is necessary to supply each band gap energy separately, This can be achieved by adjusting the wavelength or brightness of the supplied light.

이때, 상기와는 별도로 하나의 광을 이용하여 모든 이동유도물질에 밴드갭 에너지를 공급할 수 있음은 물론이다. 즉, 가장 큰 밴드갭 에너지 이상의 에너지를 공급하는 하나의 광원을 사용하여 다수 개 이동유도물질에 여기 에너지를 공급하도록 구성할 수 있다.In this case, it goes without saying that band gap energy can be supplied to all the movement inducing materials by using one light separately from the above. That is, it can be configured to supply excitation energy to a plurality of movement inducing materials using one light source that supplies energy equal to or greater than the largest bandgap energy.

상기 각기 다른 광원을 구동시키는 구동장치의 구성 및 동작은 주지하는 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략한다.Since the configuration and operation of the driving device for driving the different light sources is as well known, a detailed description thereof will be omitted.

상기 전자파에너지공급부에서 공급하는 전자파는 각기 다른 파장과 세기를 가지는 하나 이상의 전자파로 구성됨을 특징으로 한다.The electromagnetic wave supplied from the electromagnetic wave energy supply unit is characterized in that it is composed of one or more electromagnetic waves having different wavelengths and intensities.

이러한 전자파에너지공급부는, 파장이나 세기로 여기 에너지 양을 설계하여 각기 다른 밴드갭 에너지를 공급하기 위한 것이다. 예를 들어, 1.0GHz, 1.2GHz, 2GHz 등의 전자파를 사용할 수 있다.The electromagnetic wave energy supply unit is for supplying different band gap energy by designing the amount of excitation energy by wavelength or intensity. For example, electromagnetic waves such as 1.0 GHz, 1.2 GHz, and 2 GHz may be used.

상기 각기 다른 전자파를 공급하는 전자파발생장치의 구성 및 동작은 주지하는 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략한다.Since the configuration and operation of the electromagnetic wave generating device for supplying different electromagnetic waves is as well known, a detailed description thereof will be omitted.

상기 열에너지공급부에서 조사하는 열은 각기 다른 온도와 세기를 가지는 하나 이상의 열로 구성됨을 특징으로 한다.The heat irradiated by the thermal energy supply unit is characterized in that it is composed of one or more heat having different temperatures and strengths.

이러한 열에너지공급부는, 온도와 세기로 여기 에너지 양을 설계하여 각기 다른 밴드갭 에너지를 공급하기 위한 것이다. 예를 들어, 1,000℃ 열, 1,500℃ 열 등의 열을 공급하도록 구성할 수 있다. The thermal energy supply unit is for supplying different band gap energy by designing the amount of excitation energy by temperature and intensity. For example, it can be configured to supply heat such as 1,000° C. heat and 1,500° C. heat.

상기 열을 발생하는 발열장치의 구성과 동작은 주지하는 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략한다.Since the configuration and operation of the heat generating device for generating heat is as well known, a detailed description thereof will be omitted.

본 구성2에 있어서 상기 양극 또는 음극은 투명전극으로 이루어짐이 바람직하다. 이러한 투명전극은 여기에너지공급부에서 조사되는 광이 검출대상물질에 투과되어 조사되도록 하기 위한 것으로, TCO(Transparent conducting oxide: 투명 전도성 산화물), FTO(F-doped [SnO₂]: 불소 도핑 산화주석), ITO(Indium tin oxide: 인듐 주석산화물), AZO(Al-doped ZnO: 알류미늄 도핑 산화아연), GZO(Ga-doped ZnO: 갈류 도핑 산화아연) 등의 투명전극이 사용될 수 있다.In this configuration 2, the anode or cathode is preferably made of a transparent electrode. These transparent electrodes are intended to allow the light irradiated from the excitation energy supply unit to be transmitted through and irradiated to the material to be detected. TCO (Transparent conducting oxide), FTO (F-doped [SnO₂]: fluorine-doped tin oxide), Transparent electrodes such as ITO (Indium tin oxide), AZO (Al-doped ZnO: aluminum-doped zinc oxide), and GZO (Ga-doped ZnO: brown-doped zinc oxide) may be used.

<구성 3><Configuration 3>

본 발명 "분자센서"의 기술적 사상에 따른 구성3은, 도3에서 도시되는 바와 같이, 진공 상태에서 검출하고자하는 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성된 음극; 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위 보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성된 양극; 가전자대의 에너지준위가 상기 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 낮고, 전도대의 에너지준위가 상기 양극의 에너지준위보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성된 양극측이동유도물질; 및, 상기 양극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기 에너지를 공급하는 여기에너지공급부;를 포함하여 이루어져, 상기 음극과 양극 사이에 검출대상물질이 유입되었을 경우, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기에너지에 의해 상기 양극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 양극측이동유도물질의 전도대로 여기된 전자가 양극으로 이동하고, 상기 양극측이동유도물질의 가전자대에 생긴 양공으로 검출대상물질의 전자가 이동하고, 상기 검출대상물질의 가전자대에 생긴 양공으로 음극에서 전자가 이동하는 과정이 이루어지도록 에너지준위가 설정됨을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.Configuration 3 according to the technical idea of the "molecular sensor" of the present invention is a cathode configured to have an energy level of a redox potential higher than the energy level of the valence band of the material to be detected in a vacuum, as shown in FIG. 3 ; An anode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential higher than that of the valence band of the material to be detected; An anode-side movement inducer configured to have an energy level of a valence band lower than an energy level of the valence band of the detection target material and an energy level of a redox potential higher than that of the anode; And, an excitation energy supply unit for supplying excitation energy so that electrons in the valence band of the anode-side movement inducing material can be excited with a conduction band; and, when a detection target material is introduced between the cathode and the anode, the Excitation energy supplied from the excitation energy supply unit excites the electrons in the valence band of the anode-side movement inducing material into a conduction band, and the excited electrons move to the anode through the conduction band of the anode-side movement induction material. As a feature of its technical construction, the energy level is set so that electrons of the detection target material move to the holes created in the valence band of the inducer, and the electrons move from the cathode to the holes created in the valence band of the detection target material. do.

구성3의 에너지 준위: c>e>g, e<aEnergy level of configuration 3: c>e>g, e<a

이와 같이 구성된 본 발명의 구성3은, 검출대상물질과 양극 사이에 양극측이동유도물질을 더 구성하여 전자 이동 경로를 설계함을 특징으로 한다. Configuration 3 of the present invention configured as described above is characterized in that an electron movement path is designed by further configuring an anode-side movement inducing material between the detection target material and the anode.

즉, 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 더 낮은 산화환원전위의 에너지준위를 갖는 양극측이동유도물질을 양극측에 더 구성하여 검출대상물질에서 공여된 전자를 매개로하는 전자 이동 경로를 설계한 것이다.In other words, an anode-side migration inducing material having an energy level of an oxidation-reduction potential lower than that of the valence band of the detection target material is further configured on the anode side to design an electron movement path through electrons donated from the detection target material. I did it.

상기 양극측이동유도물질 또는 음극측이동유도물질은, 풀러렌, 풀러렌염, 이온내포풀러렌, 색소, 또는 이온내포풀러렌과 색소의 중합체 중 어느 하나 이상으로 구성됨을 특징으로 한다.The anode-side movement-inducing material or the cathode-side movement-inducing material is characterized in that it is composed of at least one of fullerene, fullerene salt, ion-containing fullerene, dye, or polymer of ion-containing fullerene and dye.

상기 풀러렌은, C60, C70, C72, C78, C82, C90, C94, C96 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.The fullerene is characterized in that any one of C60, C70, C72, C78, C82, C90, C94, and C96.

상기 풀러렌에 내포되는 이온은, 리튬, 나트륨, 칼륨, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 또는 스트론튬 중 어느 하나인 것을 특징한다.The ions contained in the fullerene are lithium, sodium, potassium, cesium, magnesium, calcium, or strontium.

상기 색소는 폴리-3-헥실 티 오펜(P3HT) 등의 폴리 티 오펜, 폴리p-페닐 렌, 폴리p-페닐 렌 비닐 렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, PEDOT, P3OT, POPT, MDMO-PPV, MEH-PPV 등의 고분자 중합체 또는 그 유도체 중 하나 이상임을 특징으로 한다.The dye is polythiophene such as poly-3-hexylthiophene (P3HT), polyp-phenylene, polyp-phenylene vinylene, polyaniline, polypyrrole, PEDOT, P3OT, POPT, MDMO-PPV, MEH-PPV It is characterized in that it is at least one of a high-molecular polymer or a derivative thereof, such as.

도20a는 C60 풀러렌에 이온이 내포된 것을 나타낸 것이고, 도20b는 이온내포풀러렌과 색소의 결합을 나타낸 것이고, 20c는 광에너지에 의한 전자의 여기를 나타낸 개념도이다.FIG. 20A shows the C60 fullerene contains ions, FIG. 20B shows the combination of the ion-containing fullerene and the dye, and 20C is a conceptual diagram showing the excitation of electrons by light energy.

리튬내포풀러렌은 가전자대의 산화환원전위의 에너지준위가 매우 낮아 검출하고자 하는 검출대상물질의 범위를 넓힐 수 있는 장점이 있다.Lithium-containing fullerene has the advantage of being able to widen the range of the detection target material to be detected because the energy level of the redox potential of the valence band is very low.

또한, 리튬내포풀러렌은 양자수율(IPCE: Incident Photon to Current Efficiency)이 높아 측정 감도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다. In addition, lithium-containing fullerene has an advantage of improving measurement sensitivity due to high quantum yield (IPCE: Incident Photon to Current Efficiency).

상기 양자수율이란, 광화학 반응에서 실제로 화학 변화를 일으킨 분자수와 흡수된 광양자 수의 비를 나타낸 것이다.The quantum yield refers to the ratio of the number of molecules actually causing a chemical change in the photochemical reaction and the number of absorbed photons.

상기 양극측이동유도물질, 또는 음극측이동유도물질은 전기영동(電氣泳動, electrophoresis)을 이용하여 양극, 또는 음극에 포함시킴을 특징으로 한다.The positive electrode-side movement inducing material or the negative electrode-side movement inducing material is included in the positive electrode or the negative electrode using electrophoresis.

도21은 양극(121a)에 풀러렌-색소 중합체(122a)를 전기영동 시킨 것을 나타낸 구성도이다.Fig. 21 is a block diagram showing the electrophoresis of a fullerene-pigmented polymer 122a on an anode 121a.

상기 양극측이동유도물질 또는 음극측이동유도물질은 [TiO₂], [SnO₂]을 비롯한 다양한 산화환원전위의 에너지준위를 갖는 물질이 사용될 수 있으며, 이러한 이동유도물질을 이용하여 더욱 정밀하고 정확한 에너지준위를 설계할 수 있다.As the anode-side transfer-inducing material or the cathode-side transfer-inducing material, materials having energy levels of various redox potentials, including [TiO₂] and [SnO₂], can be used. Can design.

<구성 4><Configuration 4>

본 발명 "분자센서"의 기술적 사상에 따른 구성4는, 도4에서 도시되는 바와 같이, 진공 상태에서 검출대상물질이 가지는 산화환원전위의 에너지준위를 기준으로 하는 것으로, 검출하고자하는 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성된 음극; 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위 보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성된 양극; 가전자대의 산화환원전위의 에너지준위가 상기 검출대상물질의 전도대의 에너지준위보다 낮고, 전도대의 에너지준위가 상기 양극의 에너지준위보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성된 양극측이동유도물질; 및, 상기 양극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기에너지를 공급하고, 상기 검출대상물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기 에너지를 공급하는 여기에너지공급부;를 포함하여 이루어져, 상기 음극과 양극 사이에 검출대상물질이 유입되었을 경우, 첫째, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기에너지에 의해 상기 양극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 양극측이동유도물질의 전도대로 여기된 전자가 양극으로 이동하고, 둘째, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기에너지에 의해 상기 검출대상물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 검출대상물질의 전도대로 여기된 전자가 양극측이동유도물질의 가전자대에 생긴 양공으로 이동하고, 셋째, 상기 검출대상물질의 가전자대에 생긴 양공으로 음극에서 전자가 이동하는 과정이 이루어지도록 에너지준위가 설정됨을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.Configuration 4 according to the technical idea of the "molecular sensor" of the present invention, as shown in FIG. 4, is based on the energy level of the redox potential of the material to be detected in a vacuum state. A cathode configured to have an energy level of a redox potential higher than that of the valence band; An anode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential higher than that of the valence band of the material to be detected; An anode-side transfer inducer configured such that the energy level of the redox potential of the valence band is lower than the energy level of the conduction band of the material to be detected, and the energy level of the conduction band is higher than the energy level of the anode; And, excitation energy for supplying excitation energy so that electrons in the valence band of the anode-side movement inducer can be excited with a conduction band, and excitation energy so that electrons in the valence band of the detection target material can be excited with a conduction band. Consisting of including an energy supply unit; when the detection target material is introduced between the cathode and the anode, first, electrons in the valence band of the anode-side movement inducing material are transferred to the conduction band by the excitation energy supplied from the excitation energy supply unit. Here, the electrons excited by the conduction band of the anode-side movement inducing material move to the anode, and second, the electrons in the valence band of the detection target material are excited by the conduction band by the excitation energy supplied from the excitation energy supply unit, Energy so that the electrons excited in the conduction band of the detection target material move to the positive holes created in the valence band of the positive-side movement inducing material, and third, the electrons move from the cathode to the positive holes created in the valence band of the detection target material. It is a characteristic of its technical composition that the level is set.

구성4의 에너지 준위: c>g>e, e<aEnergy levels of configuration 4: c>g>e, e<a

이와 같이 구성된 본 발명의 구성4는, 검출대상물질의 유입에 따른 전자 이동 경로를 설계함에 있어서, 검출대상물질과 양극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자를 전도대로 여기시켜 분자센서를 구성함에 특징이 있다.In the configuration 4 of the present invention configured as described above, in designing the electron movement path according to the inflow of the detection target material, the electrons in the valence band of the detection target material and the anode-side movement inducing material are excited to form a molecular sensor. There are features.

<구성 5><Configuration 5>

본 발명 "분자센서"의 기술적 사상에 따른 구성5는, 도5에서 도시되는 바와 같이, 진공 상태에서 검출대상물질이 가지는 산화환원전위의 에너지준위를 기준으로 하는 것으로, 검출하고자하는 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 낮은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성된 음극; 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 낮은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성된 양극; 가전자대의 에너지준위가 상기 음극의 에너지준위보다 낮고, 전도대의 에너지준위가 상기 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 높은 산화환원준위의 에너지준위를 갖도록 구성된 음극측이동유도물질; 및, 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기 에너지를 공급하는 여기에너지공급부;를 포함하여 이루어져, 상기 음극과 양극 사이에 검출대상물질이 유입되었을 경우, 첫째, 검출대상물질에 있는 전자가 양극으로 이동하고, 둘째, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기 에너지에 의해 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 음극측이동유도물질의 전도대로 여기된 전자가 검출대상물질의 가전자대에 생긴 양공으로 이동하고, 셋째, 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 생긴 양공으로 음극에서 전자가 이동하는 과정이 이루어지도록 산화환원전위의 에너지준위가 설정됨을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.Configuration 5 according to the technical idea of the "molecular sensor" of the present invention, as shown in Fig. 5, is based on the energy level of the oxidation-reduction potential of the material to be detected in a vacuum state. A cathode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential lower than that of the valence band; An anode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential lower than that of the valence band of the material to be detected; A cathode-side movement inducing material configured to have an energy level of a valence band lower than that of the cathode, and an energy level of a conduction band having an energy level of an oxidation-reduction level higher than that of the valence band of the material to be detected; And, an excitation energy supply unit for supplying excitation energy so that electrons in the valence band of the cathode-side movement inducing material can be excited with a conduction band; and, when a detection target material is introduced between the cathode and the anode, first , Electrons in the detection target material move to the anode, and second, electrons in the valence band of the cathode-side transfer-inducing material are excited by a conduction band by the excitation energy supplied from the excitation energy supply unit, and the cathode-side transfer-inducing material The energy of the redox potential so that the electrons excited by the conduction band of are moved to the positive holes created in the valence band of the material to be detected, and third, the positive holes created in the valence band of the cathode-side movement inducing material move the electrons from the cathode. It is a characteristic of its technical composition that the level is set.

구성5의 에너지 준위: c<e, e>a>iEnergy level of composition 5: c<e, e>a>i

이와 같이 구성된 본 발명의 구성5는, 검출대상물질의 산화환원전위의 에너지준위가 음극보다 높은 경우 음극측이동유도물질에 의해 원활한 전자 이동이 이루어질 수 있도록 함에 특징이 있다.Configuration 5 of the present invention configured as described above is characterized in that, when the energy level of the oxidation-reduction potential of the detection target material is higher than that of the cathode, electrons can be smoothly transferred by the cathode-side movement inducing material.

<구성 6><Configuration 6>

본 발명 "분자센서"의 기술적 사상에 따른 구성6은, 도6에서 도시되는 바와 같이, 진공 상태에서 검출대상물질이 가지는 산화환원전위의 에너지준위를 기준으로 하는 것으로, 검출하고자하는 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 낮은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성된 음극; 검출대상물질의 전도대의 에너지준위보다 낮은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성된 양극; 가전자대의 에너지준위가 상기 음극의 에너지준위보다 낮고, 전도대의 에너지준위가 상기 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 높은 산화환원준위의 에너지준위를 갖도록 구성된 음극측이동유도물질; 및, 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기 에너지를 공급하고, 상기 검출대상물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기 에너지를 공급하는 여기에너지공급부;를 포함하여 이루어져, 상기 음극과 양극 사이에 검출대상물질이 유입되었을 경우, 첫째, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기 에너지에 의해 검출대상물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 검출대상물질의 전도대로 여기된 전자가 양극으로 이동하고, 둘째, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기 에너지에 의해 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 음극측이동유도물질의 전도대로 여기된 전자가 검출대상물질의 가전자대에 생긴 양공으로 이동하고, 셋째, 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 생긴 양공으로 음극에서 전자가 이동하는 과정이 이루어지도록 산화환원전위의 에너지준위가 설정됨을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.Configuration 6 according to the technical idea of the "molecular sensor" of the present invention is based on the energy level of the redox potential of the detection target material in a vacuum state, as shown in FIG. A cathode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential lower than that of the valence band; An anode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential lower than that of the conduction band of the material to be detected; A cathode-side movement inducing material configured to have an energy level of a valence band lower than that of the cathode, and an energy level of a conduction band having an energy level of an oxidation-reduction level higher than that of the valence band of the material to be detected; And, excitation that supplies excitation energy so that electrons in the valence band of the cathode-side movement inducing material can be excited with a conduction band, and excitation energy is supplied so that electrons in the valence band of the detection target material can be excited with a conduction band. An energy supply unit; when the detection target material is introduced between the cathode and the anode, first, electrons in the valence band of the detection target material are excited by the conduction band by the excitation energy supplied from the excitation energy supply unit, Electrons excited by the conduction band of the detection target material move to the anode, and second, electrons in the valence band of the cathode-side movement inducing material are excited by the conduction band by the excitation energy supplied from the excitation energy supply unit, and the cathode side Oxidation-reduction so that the electrons excited by the conduction band of the movement inducing material move to the positive holes created in the valence band of the material to be detected, and third, the positive holes formed in the valence band of the cathode-side movement inducing material, make the process of moving electrons from the cathode. It is characterized by its technical construction that the energy level of the potential is set.

구성6의 에너지 준위: c>e, e>a>iEnergy level of composition 6: c>e, e>a>i

이와 같이 구성된 본 발명의 구성6은, 검출대상물질의 유입에 따른 전자 이동 경로를 설계함에 있어서, 검출대상물질과 음극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자를 전도대로 여기시켜 분자센서를 구성함에 특징이 있다.In the configuration 6 of the present invention configured as described above, in designing the electron movement path according to the inflow of the detection target material, the electrons in the valence band of the detection target material and the cathode-side movement inducing material are excited to form a molecular sensor. There are features.

<구성 7><Configuration 7>

본 발명 "분자센서"의 기술적 사상에 따른 구성7은 진공 상태에서 검출대상물질이 가지는 산화환원전위의 에너지준위를 기준으로 하는 것으로, 도7에서 도시되는 바와 같이 검출하고자하는 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 낮은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성된 음극; 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위 보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성된 양극; 가전자대의 에너지준위가 상기 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 낮고, 전도대의 에너지준위가 상기 양극의 에너지준위보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성된 양극측이동유도물질; 가전자대의 에너지준위가 상기 음극의 에너지준위보다 낮고, 전도대의 에너지준위가 상기 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성된 음극측이동유도물질; 및, 상기 양극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기 에너지를 공급하고, 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기 에너지를 공급하는 여기에너지공급부;를 포함하여 이루어져, 상기 음극과 양극 사이에 검출대상물질이 유입되었을 경우, 첫째, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기 에너지에 의해 상기 양극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 양극측이동유도물질의 전도대로 여기된 전자가 양극으로 이동하고, 둘째, 상기 양극측이동유도물질의 가전자대에 생긴 양공으로 검출대상물질의 전자가 이동하고, 셋째, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기 에너지에 의해 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 음극측이동유도물질의 전도대로 여기된 전자가 상기 검출대상물질의 가전자대에 생긴 양공으로 이동하고, 넷째, 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 생긴 양공으로 음극에서 전자가 이동하는 과정이 이루어지도록 산화환원전위의 에너지준위가 설정됨을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.Configuration 7 according to the technical idea of the "molecular sensor" of the present invention is based on the energy level of the oxidation-reduction potential of the substance to be detected in a vacuum state. As shown in FIG. 7, the valence band of the substance to be detected is A cathode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential lower than that of An anode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential higher than that of the valence band of the material to be detected; An anode-side movement inducer configured to have an energy level of a valence band lower than an energy level of the valence band of the detection target material and an energy level of a redox potential higher than that of the anode; A cathode-side movement inducer configured to have an energy level of a valence band lower than that of the cathode, and a conduction band having an energy level of a redox potential higher than that of the valence band of the detection target material; And, supplying excitation energy so that electrons in the valence band of the anode-side transfer inducer can be excited with a conduction band, and supply excitation energy so that electrons in the valence band of the cathode-side transfer inducer can be excited with a conduction band. When the detection target material is introduced between the cathode and the anode, first, electrons in the valence band of the anode-side movement inducing material are converted by excitation energy supplied from the excitation energy supply unit. Excited by a conduction band, electrons excited by the conduction band of the anode-side movement inducing material move to the anode, second, electrons of the detection target material move to the holes created in the valence band of the anode-side movement inducing material, and third, the The electrons in the valence band of the cathode-side movement inducer are excited by the conduction band by the excitation energy supplied from the excitation energy supply unit, and electrons excited by the conduction band of the cathode-side movement induction material are generated in the valence band of the detection target material. It is characterized in its technical configuration that the energy level of the redox potential is set so that the positive hole moves to the positive hole, and fourthly, the positive hole formed in the valence band of the cathode-side movement inducing material causes the electrons to move from the negative electrode.

구성7의 에너지 준위: c>e>g, e>a>iEnergy level of composition 7: c>e>g, e>a>i

이와 같이 구성된 본 발명의 구성7은, 양극측이동유도물질과 음극측이동유도물질을 이용하여 검출대상물질 유입에 따른 전자 이동 경로를 설계하여 분자센서를 구성함에 특징이 있다.Configuration 7 of the present invention configured as described above is characterized in constructing a molecular sensor by designing an electron movement path according to the inflow of the detection target material using the anode-side movement-inducing material and the cathode-side movement-inducing material.

<구성 8><Configuration 8>

본 발명 "분자센서"의 기술적 사상에 따른 구성8은 진공 상태에서 검출대상물질이 가지는 산화환원전위의 에너지준위를 기준으로 하는 것으로, 도8에서 도시되는 바와 같이, 검출하고자하는 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 낮은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성된 음극; 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위 보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성된 양극; 가전자대의 에너지준위가 상기 검출대상물질 전도대의 에너지준위보다 낮고, 전도대의 에너지준위가 상기 양극의 에너지준위보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성된 양극측이동유도물질; 가전자대의 에너지준위가 상기 음극의 에너지준위보다 낮고, 전도대의 에너지준위가 상기 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성된 음극측이동유도물질; 및, 상기 양극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기 에너지를 공급하고, 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기 에너지를 공급하고, 상기 검출대상물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기 에너지를 공급하는 여기에너지공급부;를 포함하여 이루어져, 상기 음극과 양극 사이에 검출대상물질이 유입되었을 경우, 첫째, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기 에너지에 의해 상기 양극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 양극측이동유도물질의 전도대로 여기된 전자가 양극으로 이동하고, 둘째, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기 에너지에 의해 상기 검출대상물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 검출대상물질의 전도대로 여기된 전자가 양극측이동유도물질의 가전자대에 생긴 양공으로 이동하고, 셋째, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기 에너지에 의해 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 음극측이동유도물질의 전도대로 여기된 전자가 상기 검출대상물질의 가전자대에 생긴 양공으로 이동하고, 넷째, 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 생긴 양공으로 음극에서 전자가 이동하는 과정이 이루어지도록 산화환원전위의 에너지준위가 설정됨을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.Configuration 8 according to the technical idea of the "molecular sensor" of the present invention is based on the energy level of the oxidation-reduction potential of the substance to be detected in a vacuum state. As shown in FIG. 8, the home appliance of the substance to be detected is A cathode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential lower than that of the magnetic zone; An anode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential higher than that of the valence band of the material to be detected; An anode-side movement inducer configured to have an energy level of a valence band lower than an energy level of a conduction band of the detection target material, and an energy level of a redox potential higher than that of the anode; A cathode-side movement inducer configured to have an energy level of a valence band lower than that of the cathode, and a conduction band having an energy level of a redox potential higher than that of the valence band of the detection target material; And, supplying excitation energy so that electrons in the valence band of the anode-side transfer inducer can be excited with a conduction band, and supply excitation energy so that electrons in the valence band of the cathode-side transfer inducer can be excited with a conduction band. And an excitation energy supply unit for supplying excitation energy so that electrons in the valence band of the detection target material can be excited with a conduction band, and when the detection target material is introduced between the cathode and the anode, first, the The electrons in the valence band of the anode-side transfer inducer are excited by the conduction band by the excitation energy supplied from the excitation energy supply unit, and the excited electrons move to the anode by the conduction band of the anode-side transfer-inducing material. The electrons in the valence band of the detection target material are excited by the conduction band by the excitation energy supplied from the energy supply unit, and the electrons excited in the conduction band of the detection target material move to the positive holes created in the valence band of the anode-side movement inducing material. , Third, electrons in the valence band of the cathode-side movement inducer are excited by the conduction band by the excitation energy supplied from the excitation energy supply unit, and the electrons excited by the conduction band of the cathode-side movement induction material are It is characterized in its technical configuration that the energy level of the redox potential is set so that the process of moving electrons from the cathode to the positive holes created in the valence band and fourth, the positive holes created in the valence band of the cathode-side movement inducer. .

구성8의 에너지 준위: c>g>e, e>a>iEnergy levels of composition 8: c>g>e, e>a>i

이와 같이 구성된 본 발명의 구성8은, 양극측이동유도물질과 음극측이동유도물질을 이용하여 검출대상물질 유입에 따른 전자 이동 경로를 설계함에 있어서, 양극측이동유도물질과, 음극측이동유도물질 및 검출대상물질을 여기시켜 분자센서를 구성함에 특징이 있다.In the configuration 8 of the present invention configured as described above, in designing an electron movement path according to the inflow of the detection target material using the anode-side movement inducing material and the cathode-side movement inducing material, the anode-side movement-inducing material and the cathode-side movement-inducing material And excitation of a substance to be detected to constitute a molecular sensor.

<기타 구성 요소><Other components>

상기의 구성들에 있어서, 검출대상물질에서 공여되는 전자의 양극으로의 이동을 유도하는 양극측이동유도물질은, 하나 이상으로 구성됨을 특징으로 한다.In the above configurations, the anode-side movement inducing material for inducing the movement of electrons donated from the detection target material to the anode is characterized in that it is composed of one or more.

상기 구성들에 있어서 양극측이동유도물질을 다수 개로 구성할 경우에는, 도9 내지 도10, 도13 내지 도14에서 도시되는 바와 같이, 상기 검출대상물질에서 전자를 공여받는 최초의 양극측이동유도물질의 전도대의 에너지준위는, 그 다음번째 양극측이동유도물질의 가전자대의 에너지준위보다 높게 설정하고, 양극으로 전자를 공여하는 마지막의 양극측이동유도물질의 전도대의 에너지준위는 양극의 에너지준위보다 높게 설정하며, 그 중간단계에 있는 양극측이동유도물질들의 산화환원전위의 에너지준위는, 전도대의 에너지준위를 그 다음단계에 있는 양극측이동유도물질의 가전자대의 에너지준위보다 높게 설정하고, 가전자대의 에너지준위를 그 전단계에 있는 양극측이동유도물질의 전도대의 에너지준위보다 낮게 설정함을 특징으로 한다.In the above configurations, when a plurality of anode-side movement inducing materials are used, as shown in Figs. 9 to 10 and 13 to 14, the first anode side movement induction that receives electrons from the detection target material. The energy level of the conduction band of the material is set higher than the energy level of the valence band of the next anode-side transfer inducer, and the energy level of the conduction band of the last anode-side transfer inducer that donates electrons to the anode is the energy level of the anode. Set higher, and the energy level of the redox potential of the anode-side transfer inducers in the intermediate step is set higher than the energy level of the valence band of the anode-side transfer-inducing material in the next stage, It is characterized in that the energy level of the valence band is set lower than the energy level of the conduction band of the anode-side transfer inducer in the previous stage.

이러한 구성은 양극측이동유도물질을 다수 개 사용하여 검출대상물질을 검출할 수 있도록 한 것으로, 검출대상물질에 대한 더욱 정확한 산화환원전위의 에너지 준위 설계를 할 수 있도록 한 것이다. This configuration enables detection of the detection target material by using a plurality of anode-side movement inducing materials, and enables more accurate design of the energy level of the redox potential for the detection target material.

상기의 구성들에 있어서, 음극에서 공여되는 전자의 검출대상물질로의 이동을 유도하는 음극측이동유도물질은 하나 이상으로 구성됨을 특징으로 한다.In the above configurations, the cathode side movement inducing material for inducing the movement of electrons donated from the cathode to the detection target material is characterized in that it is composed of one or more.

상기 구성에 있어서 음극측이동유도물질을 다수 개로 구성할 경우에는, 도11 내지 도14에서 도시되는 바와 같이, 상기 음극에서 전자를 공여받는 최초의 음극측이동유도물질의 전도대의 에너지준위는, 그 다음번째 음극측이동유도물질의 가전자대의 에너지준위보다 높게 설정하고, 검출대상물질의 가전자대에 생긴 양공으로 전자를 공여하는 마지막의 음극측이동유도물질의 전도대의 에너지준위는 상기 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 높게 설정하며, 그 중간단계에 있는 음극측이동유도물질들의 산화환원전위의 에너지준위는, 전도대의 에너지준위를 그 다음단계에 있는 음극측이동유도물질의 가전자대의 에너지준위보다 높게 설정하고, 가전자대의 에너지준위를 그 전단계에 있는 음극측이동유도물질의 전도대의 에너지준위보다 낮게 설정함을 특징으로 한다.In the above configuration, when a plurality of cathode-side transfer-inducing materials are formed, the energy level of the conduction band of the first cathode-side transfer-inducing material that receives electrons from the cathode is, as shown in Figs. The energy level of the conduction band of the last cathode-side transfer-inducing material that is set higher than the energy level of the valence band of the next cathode-side transfer-inducing material and donates electrons to the positive holes created in the valence band of the detection-target material is It is set higher than the energy level of the valence band, and the energy level of the redox potential of the cathode-side transfer inducers in the intermediate stage is the energy level of the conduction band and the energy level of the valence band of the cathode-side transfer-inducers in the next stage. It is characterized in that it is set higher and the energy level of the valence band is set lower than the energy level of the conduction band of the cathode-side movement inducing material in the previous stage.

이러한 구성은 음극측이동유도물질을 다수 개 사용하여 검출대상물질을 검출할 수 있도록 한 것으로, 검출대상물질에 대한 더욱 정확한 산화환원전위의 에너지 준위 설계를 할 수 있도록 한 것이다. This configuration enables detection of the detection target material by using a plurality of cathode-side movement inducing materials, and enables more accurate design of the energy level of the redox potential for the detection target material.

상기 구성에 있어서, 도15에서 도시되는 바와 같이, 상기 검출대상물질에 따른 전자의 흐름을 검출하는 검출부(110):를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.In the above configuration, as shown in Fig. 15, the detection unit 110 for detecting the flow of electrons according to the detection target material: characterized in that it is configured to further include.

이러한 검출부(110)는 음극에서 양극으로 이동하는 전자의 흐름을 검출하여 검출대상물질이 존재하는 지의 여부는 물론, 그 양을 산출한다. 즉, 양극과 음극 사이의 전류 및 전압을 검출하여 검출대상물질의 유입 여부 및 그 유입량을 검출한다.The detection unit 110 detects the flow of electrons moving from the cathode to the anode, and calculates the amount as well as whether or not the detection target material is present. That is, by detecting the current and voltage between the positive electrode and the negative electrode, whether or not the detection target material flows and the amount of flow is detected.

상기 검출부는 검출대상물질의 CV(Cyclic Voltammetry) 또는, CA(Chrono Amperometry), 또는 CP(Chorono Potentiommetry), 또는 SV(Stripping Voltammetry), 또는 LSV(Linear Sweep Voltammetry) 중 어느 하나 이상을 검출하여 검출대상물질의 존재 여부 및 양을 검출함을 특징으로 한다.The detection unit detects any one or more of CV (Cyclic Voltammetry), CA (Chrono Amperometry), CP (Chorono Potentiommetry), SV (Stripping Voltammetry), or LSV (Linear Sweep Voltammetry) of the target substance to be detected. It is characterized by detecting the presence and amount of a substance.

즉, 포텐시오스타트(Potentiostat)를 이용하여 검출대상물질의 CV나, 또는 CA나, 또는 CP나, 또는 SV나, 또는 LSV 등을 측정하여 검출대상물질의 존재 여부 및 양을 검출함을 특징으로 한다. In other words, it is characterized by detecting the presence and amount of the detection target substance by measuring CV, or CA, or CP, or SV, or LSV of the detection target substance using a potentiostat. do.

도23은 포텐시오스타트의 구성을 간략화하여 나타낸 회로도로, 워킹전극(Working electrode: W)과, 레퍼런스전극(Reference electrode: RE) 및, 카운터전극(Counter electrode: CE)를 통해 검출대상물질을 검출할 수 있다. 즉, 이동유도물질(양극측이동유도물질, 음극측이동유도물질)을 이용하여 워킹전극(W)을 구성한 후 3전극법이나 2전극법을 통해 CV, CA, CP, SV, LSV 등을 구한 후, 이를 분석하여 검출대상물질의 존재 여부 및 양을 정밀하게 측정할 수 있다.Fig. 23 is a circuit diagram showing a simplified configuration of a potentiostat, detecting a substance to be detected through a working electrode (W), a reference electrode (RE), and a counter electrode (CE) can do. That is, after constructing the working electrode (W) using a movement inducing material (positive movement inducing material, negative movement inducing material), CV, CA, CP, SV, LSV, etc. are obtained through the three-electrode method or the two-electrode method, By analyzing this, the presence and amount of the substance to be detected can be accurately measured.

전기화학분야에서 사용하는 포텐시오스타트의 구성이나 작동 원리 및 3전극법, 2전극법, CV, CA, CP, SV, LSV 등에 대한 것은 주지하는 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략한다.The configuration and operation principle of the potentiostat used in the field of electrochemistry and the three-electrode method, the two-electrode method, CV, CA, CP, SV, LSV, etc. are as well known, and thus detailed description thereof will be omitted.

상기 검출부는 여기 에너지로 공급되는 광원의 파장에 따른 양자수율(IPCE: Incident Photon to Current Efficiency)을 검출하여 검출대상물질의 존재 여부 및 양을 검출함을 특징으로 한다.The detection unit is characterized in that it detects the presence and amount of a substance to be detected by detecting an Incident Photon to Current Efficiency (IPCE) according to a wavelength of a light source supplied as excitation energy.

도26은 광원의 파장에 따른 양자수율(IPCE)을 나타낸 것으로, 도면에서 도시되는 바와 같이, 물질에 따라 파장에 따른 양자수율이 다름을 나타낸다. 따라서, 양자수율 곡성의 특성을 이용하여 검출대상물질의 존재 여부를 알 수 있다. 예를 들어, 도26의 (가)의 양자수율 그래프는 약 440nm에서 최대이고, 560nm에서 2차 피크값, 620nm에서 3차 피크값을 가지는데 이 특성(피크값, 파장, 기울기, 피크 간격 등)을 분석하여 검출대상물질의 존재 여부를 알 수 있다.FIG. 26 shows the quantum yield (IPCE) according to the wavelength of the light source, and as shown in the drawing, it shows that the quantum yield varies according to the wavelength depending on the material. Therefore, it is possible to know whether a substance to be detected is present by using the characteristic of the quantum yield curvature. For example, the quantum yield graph in Figure 26 (A) is the maximum at about 440 nm, has a second peak value at 560 nm, and a third peak value at 620 nm.These characteristics (peak value, wavelength, slope, peak interval, etc.) ) Can be analyzed to determine the presence or absence of the substance to be detected.

양자수율 측정에 대한 것은 주지하는 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략한다.Since the quantum yield measurement is as well known, a detailed description thereof will be omitted.

상기 구성에 있어서, 상기 검출대상물질에 대한 정보를 나타내는 표시부(160);를 더 포함하여 구성함을 특징으로 한다.In the above configuration, a display unit 160 for displaying information on the detection target substance is further included.

상기 표시부(160)는 검출대상물질 검출에 따른 전자의 흐름에 대한 정보를 시각적으로 나타내는 시각표시부(161)와, 청각적으로 나타내는 청각표시부(162)를 포함하여 구성됨이 바람직하다.Preferably, the display unit 160 includes a visual display unit 161 that visually displays information on the flow of electrons according to the detection of the detection target material, and an auditory display unit 162 that is audibly displayed.

상기 구성에 있어서, 검출대상물질 검출에 대한 정보를 외부로 전송하는 통신부(170);를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.In the above configuration, the communication unit 170 for transmitting information on detection of the detection target substance to the outside; characterized in that it is configured to further include.

상기 통신부(170)는, 검출대상물질 검출에 대한 정보를 유선(전용선, 전용망, 인터넷 등)으로 전송하는 유선통신부(171)와, 검출대상물질 검출에 대한 정보를 무선(무선통신, 이동통신, 근거리 무선통신, 와이파이, 블루투스 등)으로 전송하는 무선통신부(172)로 구성됨이 바람직하다.The communication unit 170 includes a wired communication unit 171 for transmitting information on detection of the detection target substance by wire (private line, dedicated network, Internet, etc.), and wirelessly (wireless communication, mobile communication, It is preferable that it is composed of a wireless communication unit 172 that transmits through short-range wireless communication, Wi-Fi, Bluetooth, etc.).

상기 구성에 있어서, 검출대상물질 검출에 대한 정보를 저장하는 데이터저장부(140);를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.In the above configuration, the data storage unit 140 for storing information on detection of the detection target substance; characterized in that it is configured to further include.

도면 중 미설명 부호 (150)은 제어부, (180)은 각 구성요소에 동작전원을 공급하는 전원공급부를 각각 나타낸 것이다.In the drawings, reference numeral 150 denotes a control unit, and 180 denotes a power supply unit that supplies operating power to each component.

이하, 본 발명 "분자센서"의 기술적 사상을 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the technical idea of the "molecular sensor" of the present invention will be described in detail by way of example.

설명을 함에 있어서 동일, 또는 유사한 구성 및 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 명칭 및 부호를 사용한다.In the description, the same or similar names and symbols are used for components having the same or similar configuration and function.

<실시예><Example>

본 실시예에서는 양극으로 FTO(F-doped [SnO₂]) 투명전극을 사용하고, 음극으로 백금(Pt)을 사용하고, 양극측이동유도물질로 이산화 타이타늄(Titanium dioxide, [TiO₂])과, 리튬내포풀러렌 헥사 플루오르 포스페이트 염([Li+@C60][PF6-])을 사용하여 센서전극부를 구성하고, 이 센서전극부를 통해 암기인물질(암을 원인으로 하여 발생하는 물질)의 하나인 톨루엔(Toluene)을 검출하는 것을 예로 하여 설명한다.In this embodiment, an FTO (F-doped [SnO₂]) transparent electrode is used as the positive electrode, platinum (Pt) is used as the negative electrode, and titanium dioxide ([TiO₂]) and lithium containing-fullerene hexafluorotitanate phosphate salt - one in toluene ([Li + @ C60] [ PF6]) to the (material arising as a cause of cancer) configure the sensor electrode unit, and the memorization of material through the sensor electrode used ( Toluene) will be described as an example.

따라서 본 실시예에서는 상기 양극측이동유도물질에 여기 에너지를 공급하는 여기에너지공급부를 더 포함하여 구성한 것을 예로 하여 설명한다. 본실시예에서 상기 여기에너지공급부는 광에너지를 공급하는 것을 예로 하여 설명한다.Therefore, in the present embodiment, a configuration further including an excitation energy supply unit for supplying excitation energy to the anode-side movement inducing material will be described as an example. In the present embodiment, the excitation energy supply unit will be described as an example of supplying light energy.

또한 본 실시예에 있어서는 상기 센서전극부에 검출대상물질(톨루엔)이 유입되었을 경우 음극에서 양극으로 이동하는 전자의 흐름을 검출하는 검출부와, 검측 정보(검측과정, 검측조건, 검측결과 등)를 표시하는 표시부와, 이를 저장하는 데이터저장부 및, 상기 검측에 대한에 대한 정보를 외부 기기와 교환하는 통신부를 구비하여 구성한 것을 예로 하여 설명한다.In addition, in this embodiment, a detection unit that detects the flow of electrons moving from the cathode to the anode when the detection target substance (toluene) flows into the sensor electrode unit, and detection information (testing process, detection conditions, detection results, etc.) An example will be described with a display unit configured to display, a data storage unit storing the same, and a communication unit for exchanging information on the detection with an external device.

또한, 본 실시예에 있어서는 공기(날숨) 중에 포함된 톨루엔을 검출하는 것을 예로 하여 설명한다. 따라서 상기 센서전극부는 음극과 양극 사이에 공기가 유통될 수 있는 구조로 구성된 것을 예로 하여 설명한다. 검출대상물질이 포함된 공기(날숨)는 펌핑장치를 이용하여 상기 센서전극부에 공급한다.In addition, in the present embodiment, the detection of toluene contained in air (exhalation) will be described as an example. Accordingly, the sensor electrode unit will be described as an example of having a structure in which air can flow between the cathode and the anode. Air (exhalation) containing the detection target material is supplied to the sensor electrode using a pumping device.

이와 같이 본 실시예를 구성한 이유는, 본 발명의 기술적 사상에 따른 다른 구성 및 실시예들은 본 실시예로부터 용이하게 알 수 있기 때문이다.The reason for configuring this embodiment in this way is that other configurations and embodiments according to the technical idea of the present invention can be easily understood from the present embodiment.

이하, 상기와 같이 본 실시예의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the configuration of the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings as described above.

1) 에너지준위 설계1) Energy level design

톨루엔을 검출하기 위한 본 실시예의 에너지준위 설계 과정을 도17을 참조하여 설명하면 다음과 같다. The energy level design process of this embodiment for detecting toluene will be described with reference to FIG. 17 as follows.

검출대상물질인 톨루엔의 가전자대의 진공을 기준으로 한 에너지준위는 -6.55eV이고, 전도대의 에너지준위는 -0.18eV이다. 따라서 음극의 에너지준위는 상기 검출대상물질인 톨루엔의 가전자대의 에너지준위인 -6.55eV보다 높은 에너지준위를 갖는 전극이 필요하다. 본 실시예에서는 가전자대의 에너지준위는 -5.93eV이고, 전도대의 에너지준위는 -5.12eV인 백금(Pt)을 음극으로 사용한다. 따라서 백금(Pt)으로 이루어진 음극에 검출대상물질인 톨루엔이 접촉하면 에너지준위 차에 의하여 검출대상물질인 톨루엔의 가전자대에 생기는 양공으로 음극에서 전자가 이동할 수 있는 에너지준위 구조를 갖게 된다.The energy level based on the vacuum of the valence band of toluene, a substance to be detected, is -6.55 eV, and the energy level of the conduction band is -0.18 eV. Therefore, an electrode having an energy level higher than -6.55 eV, which is the energy level of the valence band of toluene, which is the detection target material, is required. In this embodiment, platinum (Pt) having an energy level of -5.93 eV in the valence band and -5.12 eV in the conduction band is used as a cathode. Therefore, when toluene, a material to be detected, comes into contact with a cathode made of platinum (Pt), an energy level structure in which electrons can move from the cathode is formed through positive holes in the valence band of toluene, which is a material to be detected, due to the difference in energy level.

본 실시예에서 검측하는 검출대상물질인 톨루엔은 가전자대의 에너지준위가 매우 낮은 -6.55eV이므로 이보다 더 낮은 에너지준위를 갖는 양극측이동유도물질이 필요하다. 본 실시예에서는 가전자대의 에너지준위가 -7.70eV인 [Li+@C60][PF6-]를 양극측제1이동유도물질로 사용한다. 양극측제1이동유도물질로 사용하는 [Li+@C60][PF6-]의 가전자대의 에너지준위는, 상기 검출대상물질인 톨루엔의 가전자대의 에너지준위 -6.55eV 보다 낮아, 상기 톨루엔의 가전자대에 있는 전자가 [Li+@C60][PF6-]의 가전자대에 생기는 양공으로 이동할 수 있는 에너지준위 구조를 갖게 된다.Toluene, which is the detection target material to be detected in this embodiment, has a very low energy level of -6.55 eV in the valence band, and thus an anode-side migration inducer having a lower energy level is required. In this embodiment, [Li + @ C60] [PF6 -] of the energy level of the valence band is -7.70eV uses a positive electrode cheukje first mobile inducer. Used as the positive electrode cheukje first mobile inducers [Li + @ C60] [PF6 -] energy level of the valence band of is lower than the energy level of a valence band of -6.55eV toluene the target substance, the valence band of the toluene the electrons that [Li + @ C60] [PF6 -] will have the energy level structure that can move electron hole generated in the valence band.

상기 양극측제1이동유도물질인 [Li+@C60][PF6-]의 전도대의 에너지준위가 -4.90eV이고, 양극으로 사용하는 FTO의 가전자대의 에너지준위가 -4.85eV이므로, 상기 [Li+@C60][PF6-]의 전도대에 있는 전자가 직접 양극으로 이동할 수 없다. 따라서 이를 매개할 양극측제2이동유도물질이 필요하다.The positive electrode cheukje first mobile inducer of [Li + @ C60] [PF6 -] Because of the energy level of the conduction band is -4.90eV, the energy level of the valence band of the FTO used as an anode is -4.85eV, the [Li + @ C60] [PF6 -] the electrons in the conduction band can not move directly to the anode of. Therefore, a second movement inducing material on the anode side is required to mediate this.

양극측제1이동유도물질인 [Li+@C60][PF6-]의 전도대의 에너지준위가 -4.90eV이고, 양극 FTO의 가전자대의 에너지준위가 -4.85eV이므로, 양극측제2이동유도물질은 -4.90eV 보다 낮은 에너지준위를 갖는 가전자대와, -4.85eV 보다 높은 에너지준위를 갖는 전도대로 이루어진 물질이 필요하다.An anode cheukje first mobile inducers [Li + @ C60] [PF6 -] Since the energy level of the conduction band is -4.90eV, the energy level of the valence band of the positive electrode FTO is -4.85eV, anode cheukje second mobile inducer of the - A material consisting of a valence band with an energy level lower than 4.90 eV and a conduction band with an energy level higher than -4.85 eV is required.

이산화 타이타늄(Titanium dioxide, [TiO₂])은 가전자대의 에너지준위가 -6.21eV이고, 전도대의 에너지준위가 -3.21eV로 위의 조건을 충족하므로 이 [TiO₂]를 양극측제2이동유도물질로 사용한다. 그러면 상기 [TiO₂]의 전도대에 여기된 전자가 양극으로 이동할 수 있는 에너지준위 구조를 갖게 된다.Titanium dioxide ([TiO₂]) has an energy level of -6.21 eV in the valence band and -3.21 eV in the conduction band, which satisfies the above conditions, so this [TiO₂] is used as the second movement inducing material on the anode side. do. Then, the electrons excited in the conduction band of [TiO₂] have an energy level structure capable of moving to the anode.

즉, 조건이 충족되었을 시, 상기 양극측제2이동유도물질인 [TiO₂]의 전자대에 여기된 전자가 양극으로 이동하고, 상기 [TiO₂]의 가전자대에 생기는 양공으로 양극측제1유도물질인 [Li+@C60][PF6-]의 전도대에 여기된 전자가 이동하고, 상기 [Li+@C60][PF6-]의 가전자대에 생기는 양공으로 검출대상물질인 톨루엔의 전자가 이동하고, 상기 톨루엔의 가전자대에 생기는 양공으로 음극인 백금(Pt)에서 전자가 이동하는 에너지준위를 갖게 된다.That is, when the condition is satisfied, the electrons excited in the electron band of [TiO₂], which is the anode-side second transfer inducer, move to the anode, and the positive holes generated in the valence band of [TiO₂], which is the first inducing material on the anode side, [ Li + @ C60] [PF6 -] moves the excited electrons on the conduction band, and wherein [Li + @ C60] [PF6 of -] e of toluene target substance with electron hole generated in the valence band movement, and the toluene It has an energy level at which electrons move in platinum (Pt), which is a cathode, by positive holes in the valence band of.

상기 양극측제1이동유도물질인 [Li+@C60][PF6-]의 여기에는 457nm의 파장을 갖는 광원 2.8eV 이상의 파워가 필요하고, 양극측제2이동유도물질인 [TiO₂]의 여기에는 413nm의 파장을 갖는 광원 3.0eV 이상의 파워가 필요하다. 따라서 상기 여기에너지공급부에서 공급하는 광에너지는 상기 조건을 충족하는 광원을 사용한다. 예를 들어 상기 조건을 충족하는 할로겐 램프가 사용될 수 있다.The positive electrode cheukje first mobile inducer of [Li + @ C60] [PF6 -] Here, the excitation of the light source need 2.8eV or more power with a wavelength of 457nm, and the [TiO₂] cheukje anode 2 move inducer has a 413nm A light source having a wavelength of 3.0 eV or more power is required. Therefore, the light energy supplied from the excitation energy supply unit uses a light source that satisfies the above conditions. For example, a halogen lamp satisfying the above conditions may be used.

도17은 상기와 같은 과정을 거쳐 설계된 에너지준위 및 해당 물질을 나타낸 것으로, 도면에서 도시되는 바와 같이, 검출대상물질인 톨루엔이 유입되었을 경우 에너지준위에 따라 2번의 여기 과정을 거쳐 음극에서 양극으로 전자가 이동할 수 있도록 설계되었다.FIG. 17 shows the energy level designed through the above process and the corresponding material. As shown in the figure, when toluene, which is a detection target material, is introduced, electrons from the cathode to the anode go through two excitation processes according to the energy level. It is designed to be mobile.

2) 센서전극부 구성2) Configuration of sensor electrode

도18에서 도시되는 바와 같이, 케이스(125) 내부에 양극(121)과 음극(124)을 장착하고, 상기 양극(121)과 음극(124)에 전원공급부(180)를 통해 동작전원을 공급하고, 상기 양극(121)과 음극(124) 사이에 흐르는 전류를 검출할 수 있도록 검출부(110)를 연결하여 본 실시예에 의한 센서전극부(120)를 구성한다.As shown in FIG. 18, a positive electrode 121 and a negative electrode 124 are mounted inside the case 125, and operating power is supplied to the positive electrode 121 and the negative electrode 124 through the power supply unit 180. , By connecting the detection unit 110 to detect a current flowing between the anode 121 and the cathode 124, the sensor electrode unit 120 according to the present embodiment is configured.

상기 케이스(125)는 투명전극인 양극(121)이 장착되는 면, 또는 케이스 전체를 투명재질(예: 유리, 석영 등)로 구성하여 여기에너지공급부(130)인 광원(131)에서 공급하는 광이 투명전극인 양극(121)에 조사될 수 있도록 구성한다.In the case 125, the surface on which the anode 121, which is a transparent electrode, is mounted, or the entire case is made of a transparent material (eg, glass, quartz, etc.), and the light supplied from the light source 131, which is the excitation energy supply unit 130, It is configured to be irradiated to the anode 121, which is the transparent electrode.

상기 케이스(125)는, 도19에서 도시되는 바와 같이, 양극이 장착되는 부위를 절개하여 광원(131)에서 조사되는 광원이 직접 투명전극은 양극(121)에 조사되도록 구성할 수 있다.As shown in FIG. 19, the case 125 may be configured such that a light source irradiated from the light source 131 is directly irradiated to the anode 121 by cutting a portion on which the anode is mounted.

도면 중 미설명 부호 (122a)는 양극측제1이동유도물질, (122b)는 양극측제2이동유도물질을 각각 나타내며, 미설명 부호 (1)은 검출대상물질인 톨루엔이 포함된 공기(날숨)를 나타낸다.In the drawings, unexplained reference numeral 122a denotes a first movement-inducing material on the anode side, 122b denotes a second movement-inducing material on the anode side, respectively, and non-explanatory reference numeral 1 denotes air (exhalation) containing toluene, which is a substance to be detected. Show.

상기 공기(날숨)(1)은 센서전극부(120) 후면에 위치한 펌프(미도시)에 의해 센서전극부(120) 내부를 통과하는 것으로, 그 상세한 설명은 생략한다.The air (exhalation) 1 passes through the inside of the sensor electrode unit 120 by a pump (not shown) located at the rear of the sensor electrode unit 120, and a detailed description thereof will be omitted.

3) 검출 시스템 구성3) Configuration of detection system

도15에서 도시되는 바와 같이, 센서전극부(120)에 여기에너지공급부(130)의 광원(131)이 조사될 수 있도록 하고, 상기 센서전극부(120)에 검출부(110)를 연결한다. 이후, 상기 검출부(110)와, 여기에너지공급부(130)와, 데이터저장부(140)와, 표시부(160)와, 통신부(170)를 제어부(150)에 접속하여 본 실시예에 의한 검출 시스템을 구성한다. 상기 전원공급부(180)는 각 구성요소에 동작전원을 공급한다. As shown in FIG. 15, the light source 131 of the excitation energy supply unit 130 is irradiated to the sensor electrode unit 120, and the detection unit 110 is connected to the sensor electrode unit 120. Thereafter, the detection system according to the present embodiment is connected to the detection unit 110, the excitation energy supply unit 130, the data storage unit 140, the display unit 160, and the communication unit 170 to the control unit 150. Configure. The power supply unit 180 supplies operating power to each component.

상기 제어부(150)는 마이크로프로세서, 또는 컴퓨터 시스템으로 구성됨이 바람직하며, 상기 데이터저장부(140)는 상기 제어부(150)의 내부메모리, 또는 상기 제어부(150)의 제어를 받는 외부메모리로 구성됨이 바람직하다. The control unit 150 is preferably composed of a microprocessor or a computer system, and the data storage unit 140 is composed of an internal memory of the control unit 150 or an external memory controlled by the control unit 150. desirable.

상기 데이터저장부(140)에는 검출대상물질의 검측 결과 및, 검측대상물질의 양과 전류량의 상관관계를 나타낸 데이터테이블 등이 저장된다. The data storage unit 140 stores the detection result of the detection target substance and a data table indicating a correlation between the amount of the detection target substance and the amount of current.

이하, 상기와 같이 구성된 본 실시예의 동작에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation of the present embodiment configured as described above will be described in detail as follows.

먼저, 상기 여기에너지공급부(130)의 광원(131)이 온(ON)되면, 상기 광원(131)에서 조사되는 광에너지가 상기 양극측제1이동유도물질(122a)인 [Li+@C60][PF6-]과 양극측제2이동유도물질(122b)인 [TiO₂]에 여기 에너지를 공급하게 된다.First, when the light source 131 of the excitation energy supply unit 130 is turned on, the light energy irradiated from the light source 131 is [Li + @C60][ PF6 -] and the anode cheukje is here supplying energy to the [TiO₂] 2 moves inducer (122b).

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그러면 상기 양극측제2이동유도물질인 [TiO₂]의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하게 되며, 상기 [TiO₂]의 가전자대에는 양공이 생성되게 된다. [TiO₂]의 전도대로 여기된 전자의 에너지준위는 -3.21eV로 양극인 FTO의 가전자대의 에너지준위인 -4.85eV 보다 높아져, 상기 전도대로 여기된 전자가 양극인 FTO로 이동하게 된다.Then, electrons in the valence band of [TiO₂], the second movement inducing material on the anode side, are excited with a conduction band, and holes are generated in the valence band of [TiO₂]. The energy level of electrons excited by the conduction band of [TiO₂] is -3.21 eV, which is higher than -4.85 eV, which is the energy level of the valence band of the anode FTO, so that the electrons excited in the conduction band move to the anode FTO.

상기 광원(131)에서 조사되는 광에너지에 의해 양극측제1이동유도물질인 [Li+@C60][PF6-]의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기되고, 상기 [Li+@C60][PF6-]의 가전자대에는 양공이 생성된다. 상기 [Li+@C60][PF6-]의 전도대로 여기된 전자의 에너지준위는 -4.90eV로 양극측제2이동유도물질인 [TiO₂]의 가전자대의 에너지준위인 -6.21eV 보다 높아져, 상기 전도대로 여기된 전자가 [TiO₂]의 가전자대에 생긴 양공으로 이동하게 된다.Electrons in the valence band of [Li+@C60][PF6-], which are the first movement inducers on the anode side, are excited by the conduction band by the light energy irradiated from the light source 131, and the [Li+@C60][PF6-] Yanggong is created in the valence band of. The energy level of the electron excited with the conduction band of [Li+@C60][PF6-] is -4.90 eV, which is higher than -6.21 eV, the energy level of the valence band of [TiO₂], the second movement inducer on the anode side. The excited electrons move to the holes in the valence band of [TiO₂].

이러한 상태에서, 검출대상물질인 톨루엔이 양극인 FTO와 음극인 백금{Pt) 사이에 유입되면, 상기 톨루엔의 가전자대에 있는 전자(에너지준위: -6.55eV)가 상기 양극측제1이동유도물질인 [Li+@C60][PF6-]의 가전자대에 생긴 양공(에너지준위: -7.70eV)으로 이동하고, 상기 톨루엔의 가전자대에는 양공이 생성되게 된다.In this state, when toluene, a substance to be detected, flows between FTO as a positive electrode and platinum (Pt) as a negative electrode, electrons (energy level: -6.55 eV) in the valence band of the toluene are It moves to the positive hole (energy level: -7.70 eV) created in the valence band of [Li+@C60][PF6-], and a positive hole is generated in the valence band of the toluene.

그러면 상기 검출대상물질인 톨루엔의 가전자대에 생긴 양공(에너지준위: -6.55eV)으로 음극인 백금(Pt)의 가전자대에 있는 전자(에너지준위: -5.93eV)가 이동하게 된다.Then, electrons (energy level: -5.93 eV) in the valence band of platinum (Pt), the cathode, are moved to the positive holes (energy level: -6.55 eV) created in the valence band of the toluene material to be detected.

이후, 상기 여기에너지공급부(130)에서 여기 에너지가 공급되는 한 상기와 같은 과정을 반복 수행하여 음극에서 양극으로 상기 검출대상물질인 톨루엔에 비례하는 수의 전자가 지속적으로 이동하게 된다.Thereafter, as long as the excitation energy is supplied from the excitation energy supply unit 130, the above-described process is repeatedly performed, so that a number of electrons proportional to the detection target material toluene continuously moves from the cathode to the anode.

상기 검출부(110)는 상기 음극과 양극 사이에 흐르는 전류(전자의 이동)를 검출한다.The detection unit 110 detects a current (movement of electrons) flowing between the cathode and the anode.

상기 제어부(150)는 상기 검출부(110)를 통해 전류가 흐르는 지의 여부를 검출하여 검출대상물질인 톨루엔이 존재하는지의 여부를 판단하고, 전류의 양으로부터 검출대상물질인 톨루엔의 양을 판단하게 된다. 즉, 검출된 전류량을 상기 데이터저장부(140)에 저장된 검출대상물질의 양과 전류량과의 관계를 나타내는 데이터테이블과 비교하여 얼마만큼의 톨루엔이 유입되었는지를 산출하게 된다.The control unit 150 detects whether a current flows through the detection unit 110, determines whether toluene, which is a detection target material, is present, and determines the amount of toluene, which is a detection target material, from the amount of current. . That is, the detected amount of current is compared with a data table indicating the relationship between the amount of the detection target substance stored in the data storage unit 140 and the amount of current to calculate how much toluene has been introduced.

이후, 상기 제어부(150)는 상기 검측에 대한 정보(검측과정, 검측조건, 검측결과 등)를 데이터저장부(140)에 저장하고, 표시부(160)를 통해 나타내며, 상기 통신부(170)를 통해 외부기기와 교환하게 되는 것으로, 이와 같은 과정을 반복 수행하여 검출대상물질을 지속적으로 검측하게 된다.Thereafter, the control unit 150 stores the information on the detection (the detection process, detection conditions, detection results, etc.) in the data storage unit 140, displays it through the display unit 160, and displays the information through the communication unit 170. It is exchanged with an external device, and the detection target substance is continuously detected by repeating this process.

이때, 상기 검출대상물질에서 공여하는 전자를 매개로 하여 흐르는 전류를 검출함으로써 검출대상물질의 분자 수에 비례하는 정확하고 정밀한 검측을 할 수 있게 된다.At this time, by detecting the current flowing through the electrons donated from the detection target material, it is possible to perform accurate and precise detection in proportion to the number of molecules of the detection target material.

참고로, 검출된 톨루엔의 양을 나타내는 데이터는, 톨루엔의 양과 암의 진행정도를 나타내는 데이터테이블을 참조하여 암의 진행 정도를 진단하도록 구성될 수 있다.For reference, the data indicating the amount of toluene detected may be configured to diagnose the degree of cancer progression with reference to a data table indicating the amount of toluene and the degree of cancer progression.

폐암센서의 정밀도에 대해 설명하면 다음과 같다.The precision of the lung cancer sensor is as follows.

약 500cc의 호기에 포함된 분자수는 약 1.19×1022개 이다.The number of molecules contained in about 500cc of exhalation is about 1.19×10 22 .

이 500cc의 호기 1ppt에 포함된 분자수는, The number of molecules contained in 1 ppt of this 500cc exhalation is,

1.19×1022×10-12 = 1.19×1010 개 이다.1.19×10 22 ×10 -12 = 1.19×10 10 pieces.

이를 전하량으로 나타내면,Expressing this in terms of electric charge,

(1.19×1010)×(1.62×10)-19C) = 약 1.19×10-9C = 1.9nA 이다.(1.19×10 10 )×(1.62×10 )-19 C) = about 1.19×10 -9 C = 1.9nA.

즉, 500cc의 호기 속에 암기인물질이 1ppt 만큼 포함되었다 하더라도 이를 검출할 수 있다.That is, even if 1 ppt of a memorized substance is contained in 500 cc of exhaled air, it can be detected.

만약, 500cc의 호기 중 1ppt 만큼의 공기 속에 1% 만큼의 암기인물질이 포함되어 있다고 하면 약 19pA의 전하량을 나타낸다.If, in 500cc of exhaled air, 1 ppt of air contains 1% of memorized substances, it represents a charge of about 19pA.

상기 나노 암페아(nA)나, 피코 암페아(pA) 단위의 전하량을 검출하는 검출부(110)의 구성은 주지하는 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략한다.The configuration of the detection unit 110 that detects the amount of charge in the nano-ampere (nA) or pico-ampere (pA) unit is as well known, so a detailed description thereof will be omitted.

한편, 본 발명 중 이동유도물질(양극측이동유도물질, 음극측이동유도물질)을 구성하는 [C60] 풀러렌 및 리튬이온내포풀러렌은 전자운을 포함한 크기가 약 1nm이고, 상기 리튬이온내포풀러렌과 색소로 이루어진 초분자의 크기는 약 2nm이다.On the other hand, [C60] fullerene and lithium ion containing fullerene constituting the movement inducing material (positive side movement inducing material, negative electrode side movement inducing material) of the present invention have a size including electron clouds of about 1 nm, and the lithium ion containing fullerene and The size of a supramolecular made of pigment is about 2 nm.

따라서 상기 500cc 호기에 1ppt의 암기인물질이 있다고 하고, 그 이동유도물질을 리튬이온내포풀러렌과 색소로 이루어진 초분자(약 2nm)로 구성하였다고 할 경우, 상기 암기인물질이 동시에 반응하기 극판의 크기는 약 (0.22mm ㅧ 0.22mm)의 크기면 충분하다. 상기 500cc 중 1ppt 만큼의 호기 내에 1%의 암기인물질이 있다고 할 경우에는 더욱 작은 크기의 극판으로 양극(또는 음극)을 만들 수 있다.Therefore, if it is said that there is 1 ppt of memorized material in the 500cc unit, and the migration inducing material is composed of supramolecular (about 2 nm) composed of a lithium ion containing fullerene and a dye, the size of the electrode plate for the memorized material to react at the same time is A size of about (0.22mm ㅧ 0.22mm) is sufficient. In the case where there is 1% of memorized material in 1 ppt of the above 500 cc, a positive electrode (or negative electrode) may be made with a smaller electrode plate.

즉, 암기인물질의 분자수에 비례하는 수의 전자가 이동하도록 하고, 그 이동된 전자의 수를 직접 검출함으로써 ppt 레벨의 정밀도, 또는 그 이상의 더욱 정밀도를 갖는 폐암 센서를 구성할 수 있다.That is, the number of electrons proportional to the number of molecules of the memorized substance is allowed to move, and by directly detecting the number of the transferred electrons, a lung cancer sensor having a ppt level of precision or higher precision can be constructed.

그러나 상기의 실시예에 있어서는, 양극측이동유도물질 2개를 사용하여 검출대상물질을 검출하는 것을 예로 하여 설명하였으나, 본 발명이 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다. 즉, 도1 내지 도14에서 도시되는 바와 같이, 이동유도물질 없이 본 발명의 분자센서를 구성하거나, 또는 1개의 양극측이동유도물질이나 1개의 음극측이동유도물질을 이용하여 본 발명이 분자센서를 구성하거나, 또는 다수개의 양극측이동유도물질이나 다수개의 음극측이동유도물질을 이용하여 본 발명의 분자센서를 구성하거나, 또는 필요한 수 만큼의 양극측이동유도물질 및 필요한 수 만큼의 음극측이동유도물질을 모두 사용하여 본 발명에 의한 분자센서를 구성할 수 있음을 밝혀둔다. 도16은 양극측이동유도물질(122)과 음극측이동유도물질(123)을 모두 사용하는 센서전극부의 구성예를 나타낸 도면이다.However, in the above embodiment, it has been described as an example that the detection target material is detected using two anode-side movement inducing materials, but it should be noted that the technical idea of the present invention is not limited thereto. That is, as shown in Figs. 1 to 14, the molecular sensor of the present invention constitutes the molecular sensor of the present invention without a movement inducing material, or by using one positive-side movement inducing material or one negative-side movement inducing material. Or, a molecular sensor of the present invention may be constructed by using a plurality of positive electrode-side movement inducing materials or a plurality of negative electrode-side movement inducing materials, or as many positive-side movement inducing materials and as many negative-side movement as required. It turns out that the molecular sensor according to the present invention can be constructed using all of the inducers. FIG. 16 is a diagram showing an example of the configuration of a sensor electrode unit using both the anode side movement inducing material 122 and the cathode side movement inducing material 123. FIG.

또한, 상기의 실시예에 있어서는, 여기에너지공급부에서 광에너지를 공급하도록 하고, 그 광원을 1개로 한정한 것을 예로 하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다. 즉, 다른 광원 여러개를 사용하여 여기에너지공급부를 구성할 수 있음은 물론, 각기 다른 에너지원을 사용하여 여기 에너지를 공급하도록 구성할 수 있음을 밝혀둔다.In addition, in the above embodiment, the excitation energy supply unit supplies light energy, and the light source is limited to one. However, it should be noted that the technical idea of the present invention is not limited thereto. That is, it is revealed that the excitation energy supply unit can be configured using several different light sources, as well as the excitation energy can be supplied using different energy sources.

또한, 상기의 실시예에 있어서는, 공기 중에 포함된 검출대상물질을 검출하는 것을 예로 하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다. 즉, 액체 중에 포함된 검출대상물질을 검출하도록 구성할 수 있음을 밝혀둔다. 예를 들어, 센서전극부를 구성함에 있어서 공기가 지나가도록 구성하는 것이 아니라 액체(혈액, 소변, 타액, 기타 액체 등)가 담겨지도록 구성하거나 또는 일시적으로 머물도록 구성하여 본 발명을 구성할 수 있음을 밝혀둔다.In addition, in the above embodiments, it has been described as an example of detecting a detection target substance contained in air, but it should be noted that the technical idea of the present invention is not limited thereto. That is, it turns out that it can be configured to detect the detection target substance contained in the liquid. For example, in configuring the sensor electrode unit, it is understood that the present invention can be configured by configuring a liquid (blood, urine, saliva, other liquid, etc.) to be contained or temporarily staying rather than configured to pass air. Make it clear.

또한, 상기의 실시예에 있어서는, 검출대상물질 1개만을 검출하는 것을 예로하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다. 즉, 다수개의 검출대상물질을 검출하도록 구성할 수 있음을 밝혀둔다. 예를 들어, 다수의 양극측이동유도물질이나 다수의 음극측이동유도물질 및 다수의 여기에너지공급부를 이용하여 동시에 2개 이상의 검출대상물질을 검출하도록 구성할 수 있음을 밝혀둔다.In addition, in the above embodiments, it has been described as an example that only one detection target substance is detected, but it should be noted that the technical idea of the present invention is not limited thereto. That is, it turns out that it can be configured to detect a plurality of detection target substances. For example, it is revealed that the configuration can be configured to simultaneously detect two or more substances to be detected by using a plurality of anode-side movement inducing materials, a plurality of cathode-side movement inducing materials, and a plurality of excitation energy supply units.

또한, 본 실시예에 있어서는 암기인물질인 톨루엔을 검출하는 것을 예로하여 본 발명의 기술적 사상을 설명하였으나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다. 즉, 결핵기인물질을 검출하여 결핵을 조기 진단할 수 있도록 구성할 수 있고, 구취기인물질질)을 검출하여 구취 원인을 알 수 있도록 구성할 수 있고, 스트레스기인물질을 검출하여 스트레스 정도를 검출할 수 있고, 사린가스, 다이옥신 등과 같은 독가스를 검출하도록 구성할 수 있음은 물론, 본 발명의 기술적 사상이 포함하는 범위 내에서 검출대상물질에 제한 없이 본 발명에 의한 분자센서를 구성할 수 있음을 밝혀둔다.In addition, in the present embodiment, the technical idea of the present invention has been described by taking the detection of toluene, which is a memorized substance, as an example, but the technical idea of the present invention is not limited thereto. In other words, it can be configured to detect tuberculosis causative substances and diagnose tuberculosis early, and can be configured to know the cause of bad breath by detecting bad breath substances), and detect the stress causative agent to detect the level of stress. It has been found that the molecular sensor according to the present invention can be configured to detect poison gases such as sarin gas, dioxin, etc., without limitation to the substance to be detected within the scope of the technical idea of the present invention. Put it.

또한, 상기의 실시예에 있어서는 검출대상물질에 의해 이동하는 전자의 양을 검출하는 것을 예로 하여 설명하였으나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다. 즉, 포텐시오스타트를 사용하여 CV를 측정하거나, 또는 CA를 측정하거나, 또는 CP를 측정하거나, 또는 SV를 측정하거나, 또는 LSV 등을 측정하여 검출대상물질을 검출함은 물론 그 양을 측정할 수 있다. 예를 들어, 도24에서 도시되는 바와 같이, FTO 투명전극에 [TiO₂]와, [Li+@C60][PF6-]를 영동시켜 워킹전극(W)을 구성하고, 백금전극(Pt)으로 카운터전극(CE)을 구성하고, 염화은전극(AgCl)으로 레퍼런스전극(RE)을 구성하여 석영유리 시험관에 장착한 후, 검출하고자 하는 대상을 전해액(예: 아세토니트릴)에 넣어 CV 측정을 함으로써 검출대상물질의 존재 여부 및 그 양을 측정할 수 있다. 도25는 CV 곡선의 일부분을 확대하여 나타낸 그래프로, 검출하고자 하는 물질((가)곡선)과 그렇지 않은 물질((나)곡선)의 에너지준위 설계에 따른 반응을 나타내고 있다. (가)곡선에서 "a"는 광(여기에너지)의 조사와 차단을 주기적으로 스위칭하였을 경우 광의 여기에너지에 의해 양극측이동유도물질에 여기가 일어나 전류가 많아졌다(광 조사) 적어졌다(광 차단)하는 것을 나타낸 것이고, "b"는 광을 조사하지 않았을 때를 나타낸 것이다("b"구간은 설명의 편의를 위해 광원을 OFF 시킨 상태를 삽입하여 나타낸 것임). 이때 발생한 전류 값의 차나, 그래프 특성을 분석하여 검출대상물질의 유무 및 양을 알 수 있다. (나)곡선은 검출하고자하는 물질이 아니어서 여기에너지(광 조사)에 따른 변화가 없음을 나타낸다.In addition, in the above embodiments, the detection of the amount of electrons moving by the object to be detected has been described as an example, but it should be noted that the technical idea of the present invention is not limited thereto. In other words, by measuring CV, measuring CA, or measuring CP, or measuring SV, or measuring LSV using potentiostat, it is possible to detect the target substance as well as measure its amount. I can. For example, as shown in Fig. 24, [TiO₂] and [Li+@C60] [PF6-] are moved to the FTO transparent electrode to form the working electrode W, and the counter electrode is made of the platinum electrode Pt. (CE), a reference electrode (RE) with a silver chloride electrode (AgCl), mounted in a quartz glass test tube, and then put the target to be detected in an electrolyte (e.g., acetonitrile) and measure CV to measure the target substance. It is possible to measure the presence and amount of Fig. 25 is an enlarged graph showing a part of the CV curve, showing the reaction according to the energy level design of a substance to be detected ((A) curve) and a substance not to be detected ((B) curve). In the (a) curve, "a" means that when the irradiation and blocking of light (excitation energy) is periodically switched, the excitation of the anode-side moving inducer is caused by the excitation energy of the light, resulting in an increase in current (light irradiation). Block), and "b" indicates when no light is irradiated (the "b" section is an insertion of a state in which the light source is turned off for convenience of explanation). At this time, it is possible to know the presence and amount of a substance to be detected by analyzing the difference between the generated current value or the graph characteristics. (B) The curve indicates that there is no change due to the excitation energy (light irradiation) because it is not a substance to be detected.

또한, 도26에서 도시되는 바와 같이, 여기 에너지로 공급되는 광원의 파장에 따른 양자수율(IPCE)을 특징 요소로 하여 검출대상물질을 특정할 수 있음을 밝혀둔다.In addition, as shown in FIG. 26, it should be noted that the detection target material can be specified using the quantum yield (IPCE) according to the wavelength of the light source supplied as excitation energy as a characteristic element.

1: 검출대상물질
110: 검출부 120: 센서전극부
121: 양극 122: 양극측이동유도물질
122a: 양극측제1이동유도물질 122b: 양극측제2이동유도물질
123: 음극측이동유도물질 124: 음극측이동유도물질
125: 케이스 125a: 개구부
130: 여기에너지공급부 131: 광원
140: 데이터저장부 150: 제어부
160: 표시부 161: 시각표시부
162: 청각표시부 170: 통신부
171: 유선통신부 172: 무선통신부
180: 전원공급부
W: 워킹전극 RE: 레퍼런스전극
CE: 카운터전극
1: substance to be detected
110: detection unit 120: sensor electrode unit
121: anode 122: anode side migration inducer
122a: anode-side first transfer-inducing material 122b: anode-side second transfer-inducing material
123: cathode-side transfer-inducing material 124: cathode-side transfer-inducing material
125: case 125a: opening
130: excitation energy supply unit 131: light source
140: data storage unit 150: control unit
160: display unit 161: time display unit
162: hearing display unit 170: communication unit
171: wired communication unit 172: wireless communication unit
180: power supply
W: Working electrode RE: Reference electrode
CE: counter electrode

Claims (37)

삭제delete 삭제delete 진공 상태에서 검출대상물질이 가지는 산화환원전위의 에너지준위를 기준으로 하는 분자센서로써,
검출하고자하는 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위 보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성되는 음극;
검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성되는 양극;
가전자대의 에너지준위가 상기 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 낮고, 전도대의 에너지준위가 상기 양극의 에너지준위보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록, 이온내포풀러렌과 색소 복합체를 포함하여 구성되는 양극측이동유도물질;
각기 다른 파장과 밝기를 가지는 하나 이상의 광 에너지로 이루어져, 상기 양극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기 에너지를 공급하는 여기에너지공급부;
상기 검출대상물질에 따른 전자의 흐름과, 여기 에너지로 공급되는 광원의 파장에 따른 양자수율을 검출하는 검출부:
상기 검출대상물질 검출에 대한 정보를 나타내는 표시부;
상기 검출대상물질 검출에 대한 정보를 외부로 전송하는 통신부;
상기 검출대상물질 검출에 대한 정보를 저장하는 데이터저장부; 및,
상기 여기에너지공급부와 검출부와 표시부와 통신부와 데이터저장부의 동작을 제어하는 제어부;
를 포함하여 이루어지며,
상기 음극과 양극 사이에 검출대상물질이 유입되었을 경우, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기 에너지에 의해 상기 양극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 양극측이동유도물질의 전도대로 여기된 전자가 양극으로 이동하고, 상기 양극측이동유도물질의 가전자대에 생긴 양공으로 검출대상물질의 전자가 이동하고, 상기 검출대상물질의 가전자대에 생긴 양공으로 음극에서 전자가 이동하는 과정이 이루어지도록 산화환원전위의 에너지준위가 설정됨을 특징으로 하는 분자센서.
As a molecular sensor based on the energy level of the redox potential of the substance to be detected in a vacuum state,
A cathode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential higher than that of the valence band of the material to be detected;
An anode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential higher than that of the valence band of the material to be detected;
Consisting of an ion-containing fullerene and a dye complex so that the energy level of the valence band is lower than the energy level of the valence band of the substance to be detected, and the energy level of the conduction band is higher than the energy level of the anode. A positive electrode-side movement inducing material;
An excitation energy supply unit consisting of one or more light energies having different wavelengths and brightness, and supplying excitation energy to excite electrons in the valence band of the anode-side transfer inducer to excite the conduction band;
A detector for detecting a flow of electrons according to the detection target material and a quantum yield according to a wavelength of a light source supplied as excitation energy:
A display unit displaying information on detection of the detection target substance;
A communication unit that transmits information on detection of the detection target substance to the outside;
A data storage unit for storing information on detection of the detection target substance; And,
A control unit for controlling operations of the excitation energy supply unit, the detection unit, the display unit, the communication unit, and the data storage unit;
It is made including,
When the detection target material is introduced between the cathode and the anode, the electrons in the valence band of the anode-side transfer-inducing material are excited by the conduction band by the excitation energy supplied from the excitation energy supply unit, and the anode-side transfer-inducing material is Electrons excited by the conduction band move to the anode, electrons of the detection target material move to the positive holes created in the valence band of the positive-side movement inducing material, and electrons move from the cathode to the positive holes created in the valence band of the detection target material. Molecular sensor, characterized in that the energy level of the redox potential is set so that the process occurs.
진공 상태에서 검출대상물질이 가지는 산화환원전위의 에너지준위를 기준으로 하는 분자센서로써,
검출하고자하는 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성되는 음극;
검출대상물질의 가전자대의 에너지준위 보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성되는 양극;
가전자대의 에너지준위가 상기 검출대상물질의 전도대의 에너지준위보다 낮고, 전도대의 에너지준위가 상기 양극의 에너지준위보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록, 이온내포풀러렌과 색소 복합체를 포함하여 구성되는 양극측이동유도물질;
각기 다른 파장과 밝기를 가지는 하나 이상의 광 에너지로 이루어져, 상기 양극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기 에너지를 공급하고, 상기 검출대상물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기 에너지를 공급하는 여기에너지공급부;
상기 검출대상물질에 따른 전자의 흐름과, 여기 에너지로 공급되는 광원의 파장에 따른 양자수율을 검출하는 검출부:
상기 검출대상물질 검출에 대한 정보를 나타내는 표시부;
상기 검출대상물질 검출에 대한 정보를 외부로 전송하는 통신부;
상기 검출대상물질 검출에 대한 정보를 저장하는 데이터저장부; 및,
상기 여기에너지공급부와 검출부와 표시부와 통신부와 데이터저장부의 동작을 제어하는 제어부;
를 포함하여 이루어지며,
상기 음극과 양극 사이에 검출대상물질이 유입되었을 경우, 첫째, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기 에너지에 의해 상기 양극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 양극측이동유도물질의 전도대로 여기된 전자가 양극으로 이동하고, 둘째, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기 에너지에 의해 상기 검출대상물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 검출대상물질의 전도대로 여기된 전자가 양극측이동유도물질의 가전자대에 생긴 양공으로 이동하고, 셋째, 상기 검출대상물질의 가전자대에 생긴 양공으로 음극에서 전자가 이동하는 과정이 이루어지도록 에너지준위가 설정됨을 특징으로 하는 분자센서.
As a molecular sensor based on the energy level of the redox potential of the substance to be detected in a vacuum state,
A cathode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential higher than that of the valence band of the material to be detected;
An anode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential higher than that of the valence band of the material to be detected;
Consisting of including an ion-containing fullerene and a pigment complex so that the energy level of the valence band is lower than the energy level of the conduction band of the detection target material, and the energy level of the conduction band has an energy level of the redox potential higher than the energy level of the anode. Anode-side movement inducing material;
Consisting of one or more light energies having different wavelengths and brightnesses, excitation energy is supplied so that electrons in the valence band of the anode-side movement inducer are excited with a conduction band, and electrons in the valence band of the detection target material are An excitation energy supply unit supplying excitation energy to excite the conduction band;
A detector for detecting a flow of electrons according to the detection target material and a quantum yield according to a wavelength of a light source supplied as excitation energy:
A display unit displaying information on detection of the detection target substance;
A communication unit that transmits information on detection of the detection target substance to the outside;
A data storage unit for storing information on detection of the detection target substance; And,
A control unit for controlling operations of the excitation energy supply unit, the detection unit, the display unit, the communication unit, and the data storage unit;
It is made including,
When the detection target material is introduced between the cathode and the anode, first, electrons in the valence band of the anode-side movement inducing material are excited by a conduction band by the excitation energy supplied from the excitation energy supply unit, and the anode-side movement induction is induced. The electrons excited by the conduction band of the material move to the anode, and secondly, the electrons in the valence band of the detection target material are excited by the conduction band by the excitation energy supplied from the excitation energy supply unit, and are excited by the conduction band of the detection target material. Molecule, characterized in that the energy level is set so that the electrons are moved to the positive holes created in the valence band of the positive-side movement inducer, and third, the electrons move from the negative electrode to the positive holes created in the valence band of the detection target material. sensor.
진공 상태에서 검출대상물질이 가지는 산화환원전위의 에너지준위를 기준으로 하는 분자센서로써,
검출하고자하는 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 낮은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성되는 음극;
검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 낮은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성되는 양극;
가전자대의 에너지준위가 상기 음극의 에너지준위보다 낮고, 전도대의 에너지준위가 상기 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록, 이온내포풀러렌과 색소의 복합체를 포함하여 구성되는 음극측이동유도물질;
각기 다른 파장과 밝기를 가지는 하나 이상의 광 에너지로 이루어져, 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기 에너지를 공급하는 여기에너지공급부;
상기 검출대상물질에 따른 전자의 흐름과, 여기 에너지로 공급되는 광원의 파장에 따른 양자수율을 검출하는 검출부:
상기 검출대상물질 검출에 대한 정보를 나타내는 표시부;
상기 검출대상물질 검출에 대한 정보를 외부로 전송하는 통신부;
상기 검출대상물질 검출에 대한 정보를 저장하는 데이터저장부; 및,
상기 여기에너지공급부와 검출부와 표시부와 통신부와 데이터저장부의 동작을 제어하는 제어부;
를 포함하여 이루어지며,
상기 음극과 양극 사이에 검출대상물질이 유입되었을 경우, 첫째, 검출대상물질에 있는 전자가 양극으로 이동하고, 둘째, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기 에너지에 의해 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 음극측이동유도물질의 전도대로 여기된 전자가 검출대상물질의 가전자대에 생긴 양공으로 이동하고, 셋째, 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 생긴 양공으로 음극에서 전자가 이동하는 과정이 이루어지도록 에너지준위가 설정됨을 특징으로 하는 분자센서.
As a molecular sensor based on the energy level of the redox potential of the substance to be detected in a vacuum state,
A cathode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential lower than that of the valence band of the material to be detected;
An anode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential lower than that of the valence band of the material to be detected;
Including a complex of ion-containing fullerene and a dye so that the energy level of the valence band is lower than the energy level of the cathode and the energy level of the conduction band is higher than the energy level of the valence band of the material to be detected. A cathode-side movement inducing material configured;
An excitation energy supply unit consisting of one or more light energies having different wavelengths and brightness, and supplying excitation energy so that electrons in the valence band of the cathode-side movement inducing material excite the conduction band;
A detector for detecting a flow of electrons according to the detection target material and a quantum yield according to a wavelength of a light source supplied as excitation energy:
A display unit displaying information on detection of the detection target substance;
A communication unit that transmits information on detection of the detection target substance to the outside;
A data storage unit for storing information on detection of the detection target substance; And,
A control unit for controlling operations of the excitation energy supply unit, the detection unit, the display unit, the communication unit, and the data storage unit;
It is made including,
When the detection target material flows between the cathode and the anode, first, electrons in the detection target material move to the anode, and second, the valence band of the cathode-side movement inducing material by the excitation energy supplied from the excitation energy supply unit. The electrons in are excited with the conduction band, and the electrons excited with the conduction band of the cathode-side movement inducing material move to the positive holes created in the valence band of the material to be detected, and third, the positive holes created in the valence band of the negative movement inducing material. Molecular sensor, characterized in that the energy level is set so that a process of moving electrons at the cathode is made.
진공 상태에서 검출대상물질이 가지는 산화환원전위의 에너지준위를 기준으로 하는 분자센서로써,
검출하고자하는 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 낮은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성되는 음극;
검출대상물질의 전도대의 에너지준위보다 낮은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성되는 양극;
가전자대의 에너지준위가 상기 음극의 에너지준위보다 낮고, 전도대의 에너지준위가 상기 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록, 이온내포풀러렌과 색소 복합체를 포함하여 구성되는 음극측이동유도물질;
각기 다른 파장과 밝기를 가지는 하나 이상의 광 에너지로 이루어져, 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기 에너지를 공급하고, 상기 검출대상물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기 에너지를 공급하는 여기에너지공급부;
상기 검출대상물질에 따른 전자의 흐름과, 여기 에너지로 공급되는 광원의 파장에 따른 양자수율을 검출하는 검출부:
상기 검출대상물질 검출에 대한 정보를 나타내는 표시부;
상기 검출대상물질 검출에 대한 정보를 외부로 전송하는 통신부;
상기 검출대상물질 검출에 대한 정보를 저장하는 데이터저장부; 및,
상기 여기에너지공급부와 검출부와 표시부와 통신부와 데이터저장부의 동작을 제어하는 제어부;
를 포함하여 이루어지며,
상기 음극과 양극 사이에 검출대상물질이 유입되었을 경우, 첫째, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기 에너지에 의해 검출대상물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 검출대상물질의 전도대로 여기된 전자가 양극으로 이동하고, 둘째, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기 에너지에 의해 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 음극측이동유도물질의 전도대로 여기된 전자가 검출대상물질의 가전자대에 생긴 양공으로 이동하고, 셋째, 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 생긴 양공으로 음극에서 전자가 이동하는 과정이 이루어지도록 에너지준위가 설정됨을 특징으로 하는 분자센서.
As a molecular sensor based on the energy level of the redox potential of the substance to be detected in a vacuum state,
A cathode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential lower than that of the valence band of the material to be detected;
An anode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential lower than that of the conduction band of the material to be detected;
Consisting of an ion-containing fullerene and a dye complex so that the energy level of the valence band is lower than the energy level of the cathode and the energy level of the conduction band is higher than the energy level of the valence band of the material to be detected. A cathode-side movement inducing material;
Consisting of one or more light energies having different wavelengths and brightnesses, excitation energy is supplied so that electrons in the valence band of the cathode-side movement inducing material can be excited with a conduction band, and electrons in the valence band of the detection target material are An excitation energy supply unit supplying excitation energy to excite the conduction band;
A detector for detecting a flow of electrons according to the detection target material and a quantum yield according to a wavelength of a light source supplied as excitation energy:
A display unit displaying information on detection of the detection target substance;
A communication unit that transmits information on detection of the detection target substance to the outside;
A data storage unit for storing information on detection of the detection target substance; And,
A control unit for controlling operations of the excitation energy supply unit, the detection unit, the display unit, the communication unit, and the data storage unit;
It is made including,
When the detection target material is introduced between the cathode and the anode, first, electrons in the valence band of the detection target material are excited by the conduction band by the excitation energy supplied from the excitation energy supply unit, and are excited by the conduction band of the detection target material. The electrons are moved to the positive electrode, and secondly, the electrons in the valence band of the cathode-side transfer inducer are excited by a conduction band by the excitation energy supplied from the excitation energy supply unit, and are excited with the conduction band of the cathode-side transfer-inducing material. Molecular sensor, characterized in that the energy level is set so that electrons move to positive holes in the valence band of the material to be detected, and thirdly, electrons move from the cathode to positive holes in the valence band of the cathode-side movement inducing material. .
진공 상태에서, 검출대상물질이 가지는 산화환원전위의 에너지준위를 기준으로 하는 분자센서로써,
검출하고자하는 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 낮은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성되는 음극;
검출대상물질의 가전자대의 에너지준위 보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성되는 양극;
가전자대의 에너지준위가 상기 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 낮고, 전도대의 에너지준위가 상기 양극의 에너지준위보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록, 이온내포풀러렌과 색소 복합체를 포함하여 구성되는 양극측이동유도물질;
가전자대의 에너지준위가 상기 음극의 에너지준위보다 낮고, 전도대의 에너지준위가 상기 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록, 이온내포풀러렌과 색소 복합체를 포함하여 구성되는 음극측이동유도물질;
각기 다른 파장과 밝기를 가지는 하나 이상의 광 에너지로 이루어져, 상기 양극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기 에너지를 공급하고, 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기 에너지를 공급하는 여기에너지공급부;
상기 검출대상물질에 따른 전자의 흐름과, 여기 에너지로 공급되는 광원의 파장에 따른 양자수율을 검출하는 검출부:
상기 검출대상물질 검출에 대한 정보를 나타내는 표시부;
상기 검출대상물질 검출에 대한 정보를 외부로 전송하는 통신부;
상기 검출대상물질 검출에 대한 정보를 저장하는 데이터저장부; 및,
상기 여기에너지공급부와 검출부와 표시부와 통신부와 데이터저장부의 동작을 제어하는 제어부;
를 포함하여 이루어지며,
상기 음극과 양극 사이에 검출대상물질이 유입되었을 경우, 첫째, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기 에너지에 의해 상기 양극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 양극측이동유도물질의 전도대로 여기된 전자가 양극으로 이동하고, 둘째, 상기 양극측이동유도물질의 가전자대에 생긴 양공으로 검출대상물질의 전자가 이동하고, 셋째, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기 에너지에 의해 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 음극측이동유도물질의 전도대로 여기된 전자가 상기 검출대상물질의 가전자대에 생긴 양공으로 이동하고, 넷째, 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 생긴 양공으로 음극에서 전자가 이동하는 과정이 이루어지도록 에너지준위가 설정됨을 특징으로 하는 분자센서.
As a molecular sensor based on the energy level of the redox potential of the substance to be detected in a vacuum state,
A cathode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential lower than that of the valence band of the material to be detected;
An anode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential higher than that of the valence band of the material to be detected;
Consisting of an ion-containing fullerene and a dye complex so that the energy level of the valence band is lower than the energy level of the valence band of the substance to be detected, and the energy level of the conduction band is higher than the energy level of the anode. A positive electrode-side movement inducing material;
Consisting of an ion-containing fullerene and a dye complex so that the energy level of the valence band is lower than the energy level of the cathode and the energy level of the conduction band is higher than the energy level of the valence band of the material to be detected. A cathode-side movement inducing material;
Consisting of one or more light energies having different wavelengths and brightnesses, excitation energy is supplied so that electrons in the valence band of the anode-side transfer inducer can be excited with a conduction band, and are in the valence band of the cathode-side transfer inducer. An excitation energy supply unit for supplying excitation energy so that electrons can be excited with a conduction band;
A detector for detecting a flow of electrons according to the detection target material and a quantum yield according to a wavelength of a light source supplied as excitation energy:
A display unit displaying information on detection of the detection target substance;
A communication unit that transmits information on detection of the detection target substance to the outside;
A data storage unit for storing information on detection of the detection target substance; And,
A control unit for controlling operations of the excitation energy supply unit, the detection unit, the display unit, the communication unit, and the data storage unit;
It is made including,
When the detection target material is introduced between the cathode and the anode, first, electrons in the valence band of the anode-side movement inducing material are excited by a conduction band by the excitation energy supplied from the excitation energy supply unit, and the anode-side movement induction is induced. The electrons excited by the conduction band of the material move to the anode, second, electrons of the detection target material move to the positive holes created in the valence band of the anode-side movement inducing material, and third, by excitation energy supplied from the excitation energy supply unit. Electrons in the valence band of the cathode-side movement inducing material are excited with a conduction band, electrons excited with the conduction band of the cathode-side movement inducing material move to the positive holes created in the valence band of the detection target material, and fourth, the cathode side Molecular sensor, characterized in that the energy level is set so that a process of moving electrons from the cathode to the positive holes created in the valence band of the movement inducing material occurs.
진공 상태에서, 검출대상물질이 가지는 산화환원전위의 에너지준위를 기준으로 하는 분자센서로써,
검출하고자하는 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 낮은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성되는 음극;
검출대상물질의 가전자대의 에너지준위 보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록 구성되는 양극;
가전자대의 에너지준위가 상기 검출대상물질의 전도대의 에너지준위보다 낮고, 전도대의 에너지준위가 상기 양극의 에너지준위보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도록, 이온내포풀러렌과 색소 복합체를 포함하여 구성되는 양극측이동유도물질;
가전자대의 에너지준위가 상기 음극의 에너지준위보다 낮고, 전도대의 에너지준위가 상기 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 높은 산화환원전위의 에너지준위를 갖도, 이온내포풀러렌과 색소 복합체를 포함하여록 구성되는 음극측이동유도물질;
각기 다른 파장과 밝기를 가지는 하나 이상의 광 에너지로 이루어져, 상기 양극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기 에너지를 공급하고, 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기 에너지를 공급하고, 상기 검출대상물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기할 수 있도록 여기 에너지를 공급하는 여기에너지공급부;
상기 검출대상물질에 따른 전자의 흐름과, 여기 에너지로 공급되는 광원의 파장에 따른 양자수율을 검출하는 검출부:
상기 검출대상물질 검출에 대한 정보를 나타내는 표시부;
상기 검출대상물질 검출에 대한 정보를 외부로 전송하는 통신부;
상기 검출대상물질 검출에 대한 정보를 저장하는 데이터저장부; 및,
상기 여기에너지공급부와 검출부와 표시부와 통신부와 데이터저장부의 동작을 제어하는 제어부;
를 포함하여 이루어지며,
상기 음극과 양극 사이에 검출대상물질이 유입되었을 경우, 첫째, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기 에너지에 의해 상기 양극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 양극측이동유도물질의 전도대로 여기된 전자가 양극으로 이동하고, 둘째, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기 에너지에 의해 상기 검출대상물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 검출대상물질의 전도대로 여기된 전자가 양극측이동유도물질의 가전자대에 생긴 양공으로 이동하고, 셋째, 상기 여기에너지공급부에서 공급되는 여기 에너지에 의해 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 있는 전자가 전도대로 여기하고, 상기 음극측이동유도물질의 전도대로 여기된 전자가 상기 검출대상물질의 가전자대에 생긴 양공으로 이동하고, 넷째, 상기 음극측이동유도물질의 가전자대에 생긴 양공으로 음극에서 전자가 이동하는 과정이 이루어지도록 에너지준위가 설정됨을 특징으로 하는 분자센서.
As a molecular sensor based on the energy level of the redox potential of the substance to be detected in a vacuum state,
A cathode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential lower than that of the valence band of the material to be detected;
An anode configured to have an energy level of an oxidation-reduction potential higher than that of the valence band of the material to be detected;
Consisting of including an ion-containing fullerene and a pigment complex so that the energy level of the valence band is lower than the energy level of the conduction band of the detection target material, and the energy level of the conduction band has an energy level of the redox potential higher than the energy level of the anode. Anode-side movement inducing material;
Even if the energy level of the valence band is lower than the energy level of the cathode and the energy level of the conduction band is higher than the energy level of the valence band of the material to be detected, the ion-containing fullerene and the pigment complex should be included. A cathode-side movement inducing material configured;
Consisting of one or more light energies having different wavelengths and brightnesses, excitation energy is supplied so that electrons in the valence band of the anode-side transfer inducer can be excited with a conduction band, and are in the valence band of the cathode-side transfer inducer. An excitation energy supply unit for supplying excitation energy to excite electrons in a conduction band, and supplying excitation energy to excite electrons in the valence band of the detection target material to excite the conduction band;
A detector for detecting a flow of electrons according to the detection target material and a quantum yield according to a wavelength of a light source supplied as excitation energy:
A display unit displaying information on detection of the detection target substance;
A communication unit that transmits information on detection of the detection target substance to the outside;
A data storage unit for storing information on detection of the detection target substance; And,
A control unit for controlling operations of the excitation energy supply unit, the detection unit, the display unit, the communication unit, and the data storage unit;
It is made including,
When the detection target material is introduced between the cathode and the anode, first, electrons in the valence band of the anode-side movement inducing material are excited by a conduction band by the excitation energy supplied from the excitation energy supply unit, and the anode-side movement induction is induced. The electrons excited by the conduction band of the material move to the anode, and secondly, the electrons in the valence band of the detection target material are excited by the conduction band by the excitation energy supplied from the excitation energy supply unit, and are excited by the conduction band of the detection target material. The electrons are moved to the positive holes created in the valence band of the anode-side transfer inducer, and third, electrons in the valence band of the cathode-side transfer inducer are excited by the conduction band by the excitation energy supplied from the excitation energy supply unit. The electrons excited by the conduction band of the cathode-side movement inducing material move to the positive holes in the valence band of the detection target material, and fourth, the electrons move from the cathode to the positive holes in the valence band of the cathode-side movement inducer. Molecular sensor, characterized in that the energy level is set so as to be applied.
삭제delete 제 3 항 내지 제 4 항, 또는 제 7항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출대상물질에서 공여되는 전자의 양극으로의 이동을 유도하는 양극측이동유도물질은 하나 이상으로 구성됨을 특징으로 하는 분자센서.The method according to any one of claims 3 to 4, or 7 to 8, wherein the anode-side movement inducing material for inducing the movement of electrons donated from the detection target material to the anode is composed of one or more. Molecular sensor characterized by. 제 10 항에 있어서, 상기 양극측이동유도물질을 다수 개로 구성할 경우에는,
상기 검출대상물질에서 전자를 공여받는 최초의 양극측이동유도물질의 전도대의 에너지준위는, 그 다음번째 양극측이동유도물질의 가전자대의 에너지준위보다 높게 설정하고,
양극으로 전자를 공여하는 마지막의 양극측이동유도물질의 전도대의 에너지준위는 양극의 에너지준위보다 높게 설정하며,
그 중간단계에 있는 양극측이동유도물질들의 에너지준위는, 전도대의 에너지준위를 그 다음단계에 있는 양극측이동유도물질의 가전자대의 에너지준위보다 높게 설정하고, 가전자대의 에너지준위를 그 전단계에 있는 양극측이동유도물질의 전도대의 에너지준위보다 낮게 설정함을 특징으로 하는 분자센서.
The method of claim 10, wherein when the anode-side movement inducing material is composed of a plurality,
The energy level of the conduction band of the first anode-side transfer-inducing material that receives electrons from the detection target material is set higher than the energy level of the valence band of the next anode-side transfer-inducing material,
The energy level of the conduction band of the last anode-side transfer inducer that donates electrons to the anode is set higher than the energy level of the anode,
The energy level of the anode-side transfer inducers in the intermediate stage is set higher than the energy level of the valence band of the anode-side transfer inducer in the next stage, and the energy level of the valence band is set to the previous stage. Molecular sensor, characterized in that it is set lower than the energy level of the conduction band of an anode-side movement inducing material.
제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 음극에서 공여되는 전자의 검출대상물질로의 이동을 유도하는 음극측이동유도물질은 하나 이상으로 구성됨을 특징으로 하는 분자센서.The molecular sensor according to any one of claims 5 to 8, wherein the cathode-side movement inducing material for inducing the movement of electrons donated from the cathode to the detection target material is composed of one or more. 제 12 항에 있어서, 상기 음극측이동유도물질을 다수 개로 구성할 경우에는,
상기 음극에서 전자를 공여받는 최초의 음극측이동유도물질의 전도대의 에너지준위는, 그 다음번째 음극측이동유도물질의 가전자대의 에너지준위보다 높게 설정하고,
검출대상물질의 가전자대에 생긴 양공으로 전자를 공여하는 마지막의 음극측이동유도물질의 전도대의 에너지준위는 상기 검출대상물질의 가전자대의 에너지준위보다 높게 설정하며,
그 중간단계에 있는 음극측이동유도물질들의 에너지준위는, 전도대의 에너지준위를 그 다음단계에 있는 음극측이동유도물질의 가전자대의 에너지준위보다 높게 설정하고, 가전자대의 에너지준위를 그 전단계에 있는 음극측이동유도물질의 전도대의 에너지준위보다 낮게 설정함을 특징으로 하는 분자센서.
The method of claim 12, wherein when the cathode-side movement inducing material is composed of a plurality,
The energy level of the conduction band of the first cathode-side transfer-inducing material that receives electrons from the cathode is set higher than the energy level of the valence band of the next cathode-side transfer-inducing material,
The energy level of the conduction band of the last cathode-side movement inducing material that donates electrons to the positive holes created in the valence band of the detection target material is set higher than the energy level of the valence band of the detection target material,
The energy level of the cathode-side transfer-inducing material in the intermediate stage is set higher than the energy level of the valence band of the cathode-side transfer-inducing material in the next stage, and the energy level of the valence band is set to the previous stage. Molecular sensor, characterized in that it is set lower than the energy level of the conduction band of the cathode-side movement inducing material.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이온내포풀러렌에 내포되는 이온은, 리튬, 나트륨, 칼륨, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 또는 스트론튬 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 분자센서.The molecular sensor according to any one of claims 3 to 8, wherein the ion contained in the ion-containing fullerene is any one of lithium, sodium, potassium, cesium, magnesium, calcium, or strontium. 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 색소는, 폴리-3-헥실 티 오펜(P3HT) 등의 폴리 티 오펜, 폴리p-페닐 렌, 폴리p-페닐 렌 비닐 렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, PEDOT, P3OT, POPT, MDMO-PPV, MEH-PPV 등의 고분자 중합체 또는 그 유도체 중 하나 이상임을 특징으로 하는 분자센서.The method according to any one of claims 3 to 8, wherein the dye is polythiophene such as poly-3-hexylthiophene (P3HT), polyp-phenylene, polyp-phenylene vinylene, polyaniline, Molecular sensor, characterized in that at least one of a high molecular polymer such as polypyrrole, PEDOT, P3OT, POPT, MDMO-PPV, MEH-PPV, or derivatives thereof. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출부는 검출대상물질의 CV(Cyclic Voltammetry) 또는, CA(Chrono Amperometry), 또는 CP(Chorono Potentiommetry), 또는 SV(Stripping Voltammetry), 또는 LSV(Linear Sweep Voltammetry) 중 어느 하나 이상을 검출하여 검출대상물질의 존재 여부 및 양을 검출함을 특징으로 하는 분자센서.The method according to any one of claims 3 to 8, wherein the detection unit is CV (Cyclic Voltammetry), CA (Chrono Amperometry), or CP (Chorono Potentiommetry), or SV (Stripping Voltammetry), or LSV. (Linear Sweep Voltammetry) by detecting any one or more of the molecular sensor, characterized in that to detect the presence and amount of the substance to be detected. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출대상물질은, 암으로 인해 발생하는 암기인물질, 또는 결핵으로 인해 발생하는 결핵기인물질, 또는 구취를 원인으로 하여 발생하는 구취기인물질, 또는 스트레스를 원인으로 하여 발생하는 스트레스기인물질, 또는 농약 성분, 또는 폭발물 성분 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 분자센서.The substance according to any one of claims 3 to 8, wherein the substance to be detected is a substance that is cancer-causing due to cancer, a substance that is tuberculosis-caused by tuberculosis, or a substance that is bad breath caused by bad breath. , Or a stress-provoking material generated as a cause of stress, or a molecular sensor, characterized in that any one of a pesticide component, or an explosive component.
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