KR102265599B1 - 효소 고정화된 글루코스 바이오센서 및 이의 제조방법 - Google Patents
효소 고정화된 글루코스 바이오센서 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102265599B1 KR102265599B1 KR1020180034508A KR20180034508A KR102265599B1 KR 102265599 B1 KR102265599 B1 KR 102265599B1 KR 1020180034508 A KR1020180034508 A KR 1020180034508A KR 20180034508 A KR20180034508 A KR 20180034508A KR 102265599 B1 KR102265599 B1 KR 102265599B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- biosensor
- porous matrix
- glucose
- pva
- paa
- Prior art date
Links
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 title claims abstract description 79
- 239000008103 glucose Substances 0.000 title claims abstract description 79
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 title description 11
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 title description 11
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims abstract description 82
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 61
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 108010015776 Glucose oxidase Proteins 0.000 claims abstract description 35
- 239000004366 Glucose oxidase Substances 0.000 claims abstract description 33
- 229940116332 glucose oxidase Drugs 0.000 claims abstract description 33
- 235000019420 glucose oxidase Nutrition 0.000 claims abstract description 33
- 238000005534 hematocrit Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 15
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 88
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 claims description 47
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 claims description 20
- 229920001477 hydrophilic polymer Polymers 0.000 claims description 15
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 14
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 12
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 9
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 6
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 5
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 3
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 claims 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims 1
- 238000001926 trapping method Methods 0.000 claims 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 abstract description 35
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 abstract description 32
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 72
- 229960001031 glucose Drugs 0.000 description 71
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 27
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 24
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 24
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 23
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 22
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 210000000601 blood cell Anatomy 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 6
- 210000003743 erythrocyte Anatomy 0.000 description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 210000000265 leukocyte Anatomy 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- YBCAZPLXEGKKFM-UHFFFAOYSA-K ruthenium(iii) chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Cl-].[Ru+3] YBCAZPLXEGKKFM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 5
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 239000008055 phosphate buffer solution Substances 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- -1 Poly(vinyl alcohol) Polymers 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 3
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 3
- VWWQXMAJTJZDQX-UYBVJOGSSA-N flavin adenine dinucleotide Chemical compound C1=NC2=C(N)N=CN=C2N1[C@@H]([C@H](O)[C@@H]1O)O[C@@H]1CO[P@](O)(=O)O[P@@](O)(=O)OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)CN1C2=NC(=O)NC(=O)C2=NC2=C1C=C(C)C(C)=C2 VWWQXMAJTJZDQX-UYBVJOGSSA-N 0.000 description 3
- 235000019162 flavin adenine dinucleotide Nutrition 0.000 description 3
- 239000011714 flavin adenine dinucleotide Substances 0.000 description 3
- 229940093632 flavin-adenine dinucleotide Drugs 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 3
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 2
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 2
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000228245 Aspergillus niger Species 0.000 description 1
- 102000004506 Blood Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010017384 Blood Proteins Proteins 0.000 description 1
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 1
- 208000028399 Critical Illness Diseases 0.000 description 1
- RGHNJXZEOKUKBD-UHFFFAOYSA-N D-gluconic acid Natural products OCC(O)C(O)C(O)C(O)C(O)=O RGHNJXZEOKUKBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PHOQVHQSTUBQQK-SQOUGZDYSA-N D-glucono-1,5-lactone Chemical compound OC[C@H]1OC(=O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O PHOQVHQSTUBQQK-SQOUGZDYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-N Gluconic acid Natural products OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010057249 Phagocytosis Diseases 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010036155 Poor peripheral circulation Diseases 0.000 description 1
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013504 Triton X-100 Substances 0.000 description 1
- 229920004890 Triton X-100 Polymers 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LEHOTFFKMJEONL-UHFFFAOYSA-N Uric Acid Chemical compound N1C(=O)NC(=O)C2=C1NC(=O)N2 LEHOTFFKMJEONL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TVWHNULVHGKJHS-UHFFFAOYSA-N Uric acid Natural products N1C(=O)NC(=O)C2NC(=O)NC21 TVWHNULVHGKJHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000004082 amperometric method Methods 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000023555 blood coagulation Effects 0.000 description 1
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 238000001460 carbon-13 nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 206010012601 diabetes mellitus Diseases 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007772 electroless plating Methods 0.000 description 1
- 238000006911 enzymatic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 235000012208 gluconic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000000174 gluconic acid Substances 0.000 description 1
- 235000012209 glucono delta-lactone Nutrition 0.000 description 1
- 229960003681 gluconolactone Drugs 0.000 description 1
- 238000001631 haemodialysis Methods 0.000 description 1
- 230000000322 hemodialysis Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002830 nitrogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000008782 phagocytosis Effects 0.000 description 1
- OJMIONKXNSYLSR-UHFFFAOYSA-N phosphorous acid Chemical compound OP(O)O OJMIONKXNSYLSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001184 polypeptide Polymers 0.000 description 1
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 description 1
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 1
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 229920006126 semicrystalline polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 229940116269 uric acid Drugs 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/001—Enzyme electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/26—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving oxidoreductase
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/54—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving glucose or galactose
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Y—ENZYMES
- C12Y101/00—Oxidoreductases acting on the CH-OH group of donors (1.1)
- C12Y101/03—Oxidoreductases acting on the CH-OH group of donors (1.1) with a oxygen as acceptor (1.1.3)
- C12Y101/03004—Glucose oxidase (1.1.3.4)
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/0007—Electro-spinning
- D01D5/0015—Electro-spinning characterised by the initial state of the material
- D01D5/003—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
- D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
- D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
- D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
- D04H1/72—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
- D04H1/728—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged by electro-spinning
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/66—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving blood sugars, e.g. galactose
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Hematology (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Diabetes (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
본 발명은, 복수의 전극들을 포함하는 기판 및 상기 기판의 상에 배치되는 다공성 매트릭스 층을 포함하고, 상기 다공성 매트릭스 층은 글루코스 옥시다제가 코팅된 나노 섬유를 포함하는 것인, 글루코스 측정을 위한 바이오센서 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 바이오센서를 이용하여, 헤마토크릿 레벨에 영향 없이 혈액 내 글루코스 농도를 신속하고 정확하게 측정할 수 있다.
Description
본 발명은 글루코스 옥시다제가 고정화된 글루코스 측정을 위한 바이오센서및 이의 제조방법에 관한 것이다.
현장 진단 (Point-of-care: POC) 혈액 글루코스 바이오센서는 당뇨병 신생아와 위중한 환자의 질병을 관리하기 위하여 주요한 도구로 널리 사용되어 왔다. 혈액 글루코스 미터는 안정적인 어른에게 사용할 때, 일반적으로 민감하고 정확한 결과가 요구된다. 간단하게 사용되고 비교적 저렴하지만, POC 글루코스미터에서 사용된 혈액의 양과 같은 양을 사용한 경우 샘플링 오류, 말초 순환이 좋지 않은 환자에서 헤마토크릿 레벨의 영향, 산소 강도의 변화와 같은 다양한 임상적인 상황에서 부정확한 보고가 나왔다 [Weiner et al., 1991; Louie et al., 2000; Tang et al., 2000; Tang et al., 2001]. 특히, 많은 연구들은 헤마토크릿 변동이 POC 글루코스 측정의 정확도에 중대하게 영향을 미칠 수 있다고 결론짓고 있다. 이는 혈액 중의 혈구 세포가 전극 표면에 접촉되어 전자-전극 반응이 인식되기 때문이다. 글루코스 바이오센서 능력을 개선하기 위하여, 혈구 세포의 부착을 방지하여 어쎄이 민감도가 증가될 수 있도록 효소-베이스 나노 섬유 층이 바이오센서에 사용되었다. 효소 전달체로서의 나노 섬유 멤브레인은 다른 나노 구조체 물질에 비하여, 높은 공극도, 높은 표면적 비, 상호 연결성, 편이한 전기 방사 기술을 통한 쉬운 제조와 같은 많은 이점을 갖기 때문에, 전기 방사된 나노 섬유성 멤브레인은 민감하고 빠른 분석을 요구하는 바이오센서 제조에 널리 사용되어 왔다.
반 결정성 중합체 (semicrystalline polymer)인 폴리비닐알콜 (poly(vinyl alcohol): PVA)은 높은 친수성, 화학적 안정성, 낮은 독성과 좋은 생체적합성 특성으로 인하여, 혈액 투석 막, 인공 피부, 혈액 보철장치와 같은 생체 의학적으로 적용되는 하이드로겔 카테고리에서 중요한 역할을 수행하여 왔다.
글루코스 전극에 대한 헤마토크릿의 영향을 감소시키기 위해 많은 전략들이 연구되어 왔다. Forrow et al.는 활성화 시약이 함침된 다공성 탄소 전극을 사용하여 적혈구를 제외하고자 하였으나, 분석 시간이 길었으며, 특히 높은 글루코스 농도에서는 혈액 세포 내 글루코스가 산화된다는 단점이 있었다.
효소 글루코스 옥시다제 (glucose oxidase (GOD, EC 1.1.3.4)는 글루코스를 글루코노락톤으로 변환하여, 과산화수소로의 디옥시젠 동시 환원과 함께 자발적으로 글루코닉산으로 가수분해된다. 이러한 산화반응은 보조인자 플라빈아데닌 디뉴클레오티드 (flavinadenine dinucleotide: FAD)의 환원에 동반된다. FAD는 효소의 환원성을 담당하며, 효소의 폴리펩티드 단백질에 단단히 결합되지만 공유결합 되지는 않는다.
본 발명의 목적은, 복수의 전극들을 포함하는 기판 및 상기 기판의 상에 배치되는 다공성 매트릭스 층을 포함하고, 상기 다공성 매트릭스 층은 글루코스 옥시다제가 코팅된 나노 섬유를 포함하는 것인, 글루코스 측정을 위한 바이오센서 및 이의 제조방법을 제공하여, 혈액 내 헤마토크릿 레벨에 영향 없이 글루코스 농도를 신속하고 정확하게 측정할 수 있는 바이오센서를 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1 측면은, 복수의 전극들을 포함하는 기판 및 다공성 매트릭스 층을 포함하고, 상기 다공성 매트릭스 층은 글루코스 옥시다제가 코팅된 나노 섬유를 포함하는 것인 글루코스 측정을 위한 바이오센서를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 나노 섬유는 PVA/PAA로 이루어진 것이고, 상기 PVA 및 PAA의 몰 비는 2:3 내지 3:2인 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 글루코스 옥시다제가 코팅된 나노 섬유의 직경은 400 내지 600 nm인 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 다공성 매트릭스 층은, 시료를 투입되기 전과 시료를 투입한 후의 공극 직경이 2.5 내지 5.0 ㎛ 로 유지되는 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 다공성 매트릭스 층의 두께는 10 내지 30 ㎛인 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 바이오센서는 35% 내지 60%의 헤마토크릿의 레벨의 환경에서 측정한 글루코스 농도가 오차범위 5% 이내에서 일정하게 측정될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 바이오센서에서 오차범위 5% 이내에서 일정하게 측정되는 글루코스 농도는 37.1 mg/dL 내지 544.7 mg/dL 에 포함되는 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 바이오센서는 상기 다공성 매트릭스에 시료가 투입된 시점으로부터 1 내지 3초 내에 글루코스 농도가 측정될 수 있다.
본 발명의 제2 측면은, 복수의 전극들을 포함하는 기판을 준비하는 단계; 친수성 고분자 용액을 준비하는 단계; 상기 친수성 고분자 용액을 상기 기판 상에 전기 방사하여, 나노 섬유로 이루어진 다공성 매트릭스를 제조하는 단계; 상기 다공성 매트릭스를 열처리 (가교결합공정) 하는 단계; 및 상기 다공성 매트릭스를 글루코스 옥시다제로 코팅하는 단계;를 포함하는, 글루코스 측정을 위한 바이오센서 제조방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 친수성 고분자는 PVA 및 PAA이고, 상기 PVA 및 PAA의 몰 비는 2:3 내지 3:2인 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 친수성 고분자 용액을 상기 기판 상에 전기 방사하는 단계는, 상기 친수성 고분자 용액의 농도가, 8 내지 20 wt% 이고, 상기 전기 방사의 전압이 10 내지 80kV이고, 방사속도는 5 내지 30 ml/hr이고, 및 방사 거리가 10 내지 30 cm 일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 나노 섬유로 이루어진 다공성 매트릭스를 글루코스 옥시다제로 코팅하는 단계는, 스크린포충법, 거품함침법, 스프레이법, 또는 디스펜싱법을 사용하여 수행되는 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 다공성 매트릭스 층은, 시료를 투입되기 전과 시료를 투입한 후의 공극 직경이 2.5 내지 5.0 ㎛ 로 유지되는 것일 수 있다.
본 발명의 바이오센서는, 효소 고정화된 나노섬유를 포함하는 다공성 매트릭스 층을 포함함으로써, 헤마토크릿 레벨에 영향 없이 혈액 내 글루코스 농도를 신속하고 정확하게 측정할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 바이오센서의 모식도이다.
도 2는, 서로 다른 가수분해도를 갖는 PVA로 전기방사하여 제조된 나노 섬유의 SEM 사진이다.
도 3은, 가수분해도에 따른 PVA의 직경을 나타낸 그래프이다.
도 4는, PVA/PAA의 함량에 따른 복합 나노 섬유의 SEM 사진이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 나노섬유의 가교결합을 나타낸 것이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 바이오센서의 산화 및 환원 반응을 나타낸 것이다.
도 7은, 종래의 바이오센서에서 수행되는 글루코스 옥시다제 코팅법을 나타낸 것이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 바이오센서를 나타낸 것이다.
도 9는, 종래의 바이오센서 및 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 표면을 각각 나타낸 사진이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서로 측정되는, 혈액 내 글루코스 농도에 대한 전류 그래프를 나타낸 것이다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서로 측정되는, 혈액 내 글루코스 농도에 대한 전류 그래프를 나타낸 것이다.
도 12는, 종래의 바이오센서로 측정되는, 헤마토크릿 레벨에 따라 측정되는 글루코스 농도 그래프를 나타낸 것이다.
도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서로 측정되는, 헤마토크릿 레벨에 따라 측정되는 글루코스 농도 그래프를 나타낸 것이다.
도 14는, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서 제조방법의 순서도이다.
도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 매트릭스를 절단하여 부착하는 단계에 관한 사진이다.
도 2는, 서로 다른 가수분해도를 갖는 PVA로 전기방사하여 제조된 나노 섬유의 SEM 사진이다.
도 3은, 가수분해도에 따른 PVA의 직경을 나타낸 그래프이다.
도 4는, PVA/PAA의 함량에 따른 복합 나노 섬유의 SEM 사진이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 나노섬유의 가교결합을 나타낸 것이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 바이오센서의 산화 및 환원 반응을 나타낸 것이다.
도 7은, 종래의 바이오센서에서 수행되는 글루코스 옥시다제 코팅법을 나타낸 것이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 바이오센서를 나타낸 것이다.
도 9는, 종래의 바이오센서 및 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 표면을 각각 나타낸 사진이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서로 측정되는, 혈액 내 글루코스 농도에 대한 전류 그래프를 나타낸 것이다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서로 측정되는, 혈액 내 글루코스 농도에 대한 전류 그래프를 나타낸 것이다.
도 12는, 종래의 바이오센서로 측정되는, 헤마토크릿 레벨에 따라 측정되는 글루코스 농도 그래프를 나타낸 것이다.
도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서로 측정되는, 헤마토크릿 레벨에 따라 측정되는 글루코스 농도 그래프를 나타낸 것이다.
도 14는, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서 제조방법의 순서도이다.
도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 매트릭스를 절단하여 부착하는 단계에 관한 사진이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
혈액은 세포성분인 혈구와 액체성분인 혈장으로 분류되며, 혈구는 산소를 운반하는 적혈구, 식균작용을 하는 백혈구, 및 혈액응고에 관여하는 혈소판으로 이루어지고, 혈장은 물 90~92%, 혈장단백질 7~8%, 염류 1%로 구성되며, 그밖에 지질ㅇ당류ㅇ무기염류와 비단백질성 질소화합물로서 요소, 아미노산, 요산 등이 함유되어 있다. 글루코스를 측정하는 바이오센서는 혈액 내의 혈장에 포함된 글루코스의 농도를 측정한다. 하지만, 혈액 내 글루코스 외 다른 물질들의 방해로 인하여, 종래의 바이오센서는 글루코스의 농도 측정에 걸리는 시간이 오래 걸리거나, 측정 값이 정확하지 않을 수 있다는 문제점이 있었다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 바이오센서의 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바이오센서는, 복수의 전극들을 포함하는 기판(100) 및 다공성 매트릭스 층(200)을 포함하고, 상기 다공성 매트릭스 층(200)은 글루코스 옥시다제가 코팅된 나노 섬유를 포함한다.
상기 전극들은 전기화학적 반응을 측정하기 위한 것으로서, 전원을 인가하는 기준 전극과 작동 전극으로 구성되며, 필요에 따라서는, 분석에 필요한 시료의 양을 확인하는 한 쌍의 인식 전극을 추가로 포함할 수 있다. 즉, 한 쌍의 상기 인식 전극에 시료가 확인되면, 상기 기준 전극과 상기 작용 전극에 전원을 인가하여 전기화학적 반응을 측정한다. 상기 전극의 개수와 구조는 필요에 따라 변경될 수 있다.
상기 다공성 매트릭스 층은, 상기 전극들을 덮을 수 있도록 전극들의 상면에 부착되어, 혈액이 바로 전극에 접촉되는 것이 아니라, 다공성 매트릭스 층을 통과한 후에 전극에 접촉될 수 있도록 한다. 혈액이 다공성 매트릭스 층을 통과하면서 글루코스 측정에 방해가 되는 헤마토크릿을 필터할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 다공성 매트릭스 층은, 글루코스 옥시다제가 코팅된 나노 섬유를 포함한다. 전기방사를 통하여 제조되는 나노 섬유로 이루어진 상기 다공성 매트릭스는 전기방사 조건에 따라 공극 크기가 조절될 수 있으므로, 이를 이용하여 혈액 내 글루코스를 선택적으로 투과시킬 수 있다. 또한, 상기 다공성 매트릭스를 구성하는 나노 섬유는 글루코스 옥시다제로 코팅된 것으로서, 상기 글루코스 옥시다제는 혈액 내 글루코스와 접촉하여 산화 환원 반응을 일으키고, 본 발명의 바이오센서 전극은 이로 인한 전자의 이동과 전류를 감지하여 글루코스 농도를 측정할 수 있다. 혈액과의 접촉 면적을 크게 하기 위하여, 글루코스 옥시다제는 매트릭스를 구성하는 나노 섬유 표면에 코팅되는 형태가 바람직하다. 상기 나노 섬유 표면의 코팅층에는 글루코스 옥시다제 외에도 전자전달체 또는 계면활성제가 포함될 수 있으며, 상기 전자전달체는 루테늄(Ruthenium) 또는 페록시아나이드(ferrocyanide)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 나노 섬유는 PVA/PAA로 이루어진 것이고, 상기 PVA 및 PAA의 몰 비는 2:3 내지 3:2 인 것일 수 있다. PVA/PAA는 친수성 고분자들로 이루어진 것으로, 종래에 주로 사용되는 고분자와는 달리 가교제 사용 없이 단순히 열만을 이용하더라도 가교결합이 가능하여 친수성 하이드로겔 특성 부여가 가능하다. 특히, 적절한 몰비에서 제조된 PVA/PAA는 최대 수분 흡수량에도 다기공성을 유지하여 수분을 머금은 상태에서도 컷 오프 기능 및 나노 스케일 특성을 유지할 수 있다는 우수성이 있어, 본 발명의 바이오센서는 PVA/PAA 로 이루어진 나노 섬유를 포함한다.
한편, PVA는 폴리비닐아세테이트 (poly(vinyl acetate: PVAc)의 가수분해로부터 유도되기 때문에, PVA의 특성은 가수분해도 (degrees of hydrolysis: DH)에 영향을 받는다. 특히, 85 내지 90% 사이의 가수분해도를 갖는 PVA는, 98 내지 99.9% 사이의 가수분해도를 갖는 PVA보다 낮은 기계적 특성과 내수성을 갖지만 물에 쉽게 용해되며 전기방사능이 뛰어나다. (실시예 2 참고). 따라서, 본 발명의 바이오센서 매트릭스 층을 구성하는 나노 섬유의 직경을 작게 하여 공극을 보다 작고 촘촘하게 형성하기 위해서는, 가수분해도가 85 내지 90인 PVA를 사용하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 가수분해도 88의 PVA가 사용될 수 있다.
다만, PVA/PAA는 PVA의 -OH기와 PAA의 -COOH기 사이의 에스테르 형성을 통하여 결합되는 것이므로, 수분과 접촉하여 가수분해될 수 있다는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 PVA/PAA는 PVA : PAA 몰비를 2:3 내지 3:2으로 하여 전기방사 하였고, 전기방사 이후에 간단한 열처리 공정을 통해 가교 결합하여 내수성을 증가시켰다 (실시예 2 및 도 4 참고). PVA에 대한 PAA의 몰 비율이 0.25 미만이거나 0.75 초과인 경우에는, 섬유의 모폴로지가 망가지면서 다공성을 유지하기 어려우며 나노 섬유로의 기능을 제대로 수행하지 못한다는 문제점이 발생할 수 있다(실시예 2 및 도 4 참고)
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 글루코스 옥시다제가 코팅된 나노 섬유의 직경은 400 내지 600 nm인 것일 수 있다. 글루코스 옥시다제가 코팅되기 전의 PVA/PAA 섬유 직경은 평균적으로 대략 300 내지 400 nm 였으나, 글루코스 옥시다제가 결정체 형태로 나노 섬유 표면에 비교적 촘촘하고 균일하게 코팅되어, 전체 직경을 대략 100 내지 200 nm 증가시킨다. 글루코스 옥시다제가 코팅된 나노 섬유의 직경이 400 nm 미만인 경우에는 표면적은 높아지나 생산성이 떨어지는 문제점이 있으며, 나노 섬유의 직경이 600 nm 초과인 경우에는, 비표면적이 낮아지는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다공성 매트릭스 층의 공극 직경은, 2.5 내지 5.0 ㎛ 인 것일 수 있다. 혈액 내의 글루코스 농도 측정에 방해가 되는 헤마토크릿을 배제하기 위하여, 상기 다공성 매트릭스의 공극은 5.0 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한 공극의 크기가 2.5 ㎛ 미만인 경우에는, 혈액의 투과가 원활하게 일어나지 않아 측정 시간을 지연시킬 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 다공성 매트릭스 층의 공극 직경은, 2.5 내지 3.0 ㎛ 인 것일 수 있으며, 혈액 내의 글루코스 농도 측정에 방해가 되는 헤마토크릿을 보다 완벽하게 배제하기 위하여, 상기 다공성 매트릭스의 공극은 3.0 ㎛ 이하인 것이 더 바람직할 수 있다.
또한, 상기 다공성 매트릭스 층은, 시료를 투입되기 전과 시료를 투입한 후의 공극 직경이 2.5 내지 5.0 ㎛ 로 유지되는 것일 수 있다. 즉, 혈액과 같은 시료가 상기 다공성 매트릭스 층에 투입되더라도, 본 발명의 다공성 매트릭스 층을 구성하는 나노 섬유는 내수성이 높아 가수분해되지 않으므로 섬유의 모폴로지를 거의 완벽하게 유지할 수 있다(실시예 2 및 도 4참조). 따라서 본 발명의 바이오센서는 시료가 투입된 후에도 균일한 공극의 크기를 유지하는 상기 다공성 매트릭스로 인하여, 일정하고 정확하게 글루코스 농도를 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다공성 매트릭스 층의 두께는 10 내지 30 ㎛인 것일 수 있다. 다공성 매트릭스 층이 30 ㎛ 초과인 경우, 다공성 매트릭스 층 내에 포집되거나 헤마토크릿과 함께 필터되는 글루코스가 발생할 수 있으므로 다공성 매트릭스 층의 두께는 30 ㎛ 이하인 것이 바람직하며, 다공성 매트릭스 층이 10 ㎛ 미만인 경우, 공극을 빠져나오는 헤마토크릿이 발생할 확률이 증가하여 헤마토크릿을 배제하는 효과가 감소될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 바이오센서는 35% 내지 60%의 헤마토크릿의 레벨의 환경에서 측정한 글루코스 농도가 오차범위 5% 이내에서 일정하게 측정될 수 있다. 동일한 글루코스 농도를 갖는 샘플들에 헤마토크릿 농도를 다르게 한 후, 본 발명의 바이오센서로 글루코스를 측정한 결과, 헤마토크릿의 농도가 35% 내지 60%로 변화하더라도 측정되는 글루코스의 값은 일정하였다. (실시예 9 및 도 13참고)
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 바이오센서에서 오차범위 5% 이내에서 일정하게 측정되는 글루코스 농도는 37.1 mg/dL 내지 544.7 mg/dL인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 바이오센서는 상기 다공성 매트릭스에 시료가 투입된 시점으로부터 1 내지 3초 내에 글루코스 농도가 측정될 수 있다. 종래의 글루코스 바이오센서들은 측정되는 글루코스 농도에 헤마토크릿으로 인한 영향을 보정하는 과정을 거치기 때문에 평균 5초 이상의 측정 시간을 요하였다. 하지만, 본 발명의 바이오센서는 보정 과정 없이 다공성 매트릭스로 헤마토크릿을 배제한 후에 글루코스 농도를 측정하므로 농도 측정에 1 내지 3초만 소요된다.
도 14는, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서 제조방법의 순서도이다.
도 14를 참고하면, 본 발명의 글루코스 측정을 위한 바이오센서 제조방법은, 복수의 전극들을 포함하는 기판을 준비하는 단계(110); 친수성 고분자 용액을 준비하는 단계(120); 상기 친수성 고분자 용액을 상기 기판 상에 전기 방사하여, 나노 섬유로 이루어진 다공성 매트릭스를 제조하는 단계(130); 상기 다공성 매트릭스를 열처리하는 단계(140); 및 상기 다공성 매트릭스를 글루코스 옥시다제로 코팅하는 단계(150);를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 친수성 고분자는 PVA 및 PAA이고, 상기 PVA 및 PAA의 몰 비는 2:3 내지 3:2인 것일 수 있다.
상기 나노 섬유로 이루어진 다공성 매트릭스를 글루코스 옥시다제로 코팅하는 단계 이전에, 글루코스 옥시다제를 함유한 효소 혼합물을 준비하는 단계가 더 포함될 수 있다. 상기 효소 혼합물에는 글루코스 옥시다제 외에도 전자전달체 또는 계면활성제가 포함될 수 있다. 상기 전자전달체는 루테늄(Ruthenium) 또는 페록시아나이드(ferrocyanide)일 수 있다.
상기 다공성 매트릭스를 열처리하는 단계(140)는, 60 내지 200 ℃의 온도에서 10 분 내지 120 분 동안 수행되는 것일 수 있다. 상기 열처리 공정이 60 ℃ 미만에서 수행되는 경우에는 가교결합이 제대로 형성되지 않을 수 있으며, 200 ℃ 이상의 온도에서 수행되는 되는 경우에는 나노 섬유내 고분자들이 녹거나 분해될 수 있다. 또한 상기 열처리 공정이 10 분 미만 동안 수행되는 경우에는 충분한 반응이 일어나지 않아 부분적으로 가교결합이 생기지 않을 수 있으며, 120 분 이상 수행되는 경우에는 반응이 이미 충분하게 일어났기에 열처리 공정을 더 이상 수행할 필요가 없다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 친수성 고분자 용액을 상기 기판 상에 전기 방사하는 단계는, 상기 친수성 고분자 용액의 농도가, 8 내지 20 wt% 이고, 상기 전기 방사의 전압이 1 내지 80kV이고, 방사속도는 5 내지 30 ml/hr이고, 방사 거리가 10 내지 30 cm 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 나노 섬유로 이루어진 다공성 매트릭스를 글루코스 옥시다제로 코팅하는 단계는, 스크린포충법, 거품함침법, 스프레이법, 또는 디스펜싱법을 사용하여 수행되는 것일 수 있으며, 매트릭스 코팅법으로 해당 분야에 알려진 방법이라면 제한없이 사용될 수 있다.
삭제
삭제
본 발명의 바이오센서 제조방법은, 상기 다공성 매트릭스를 절단하여 전극 상에 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 매트릭스를 절단하여 부착하는 단계에 관한 사진이다. 도 15를 참고하면, 전기방사를 이용하여 제조되고 글루코스 옥시다제로 코팅된 다공성 매트릭스 막을 붉은 선을 따라 절단한 후에, 전극 패턴이 형성된 기판 상에 부착할 수 있다.
<실시예 1: 재료 준비>
센서 칩과 반응물에 대한 모든 구조적인 물질들은 상업적으로 이용 가능하다. 1,700의 중합도 (degree of polymerization: DP) 및 88%, 96%, 99.9%의 가수분해도 (degree of hydrolysis: DH)를 갖는 폴리비닐알콜 (PVA)은 Kuraray Co. Ltd., Japan로부터 제공받았다. 분자량 250kDa을 갖는 폴리아크릴산 (Poly(acrylic acid; PAA)은 Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Japan로부터 제공받았다. 글루코스 옥시다제 (GOD, EC 1.1.3.4,15,000-25,000 units g-1 Type II from Aspergillusniger ), 99%의 순도를 갖는 분석용 시약 염화 루테늄 (ruthenium (Ⅲ) chloride), Triton X-100 wetting agent 및 β-d-(+)-glucose는 Sigma-Aldrich로부터 구입되었다. 초순수 (DI)는 샘플, 버퍼, 및 효소 용액 제조에 사용되었고, 0.1M phosphate buffer solution (PBS)는 KH2PO4 및 K2HPO4의 혼합 용액으로 준비되었다. 준비된 용액의 pH는 7.03였다. 효소 용액은 위에서 언급한 버퍼 용액 내 용해하여 준비하였다.
<실시예 2: PVA 가수분해도 및 PVA/PAA 함량 비율>
가수분해도를 각각 88%, 92%, 96%, 99.9% 갖는 PVA를 준비한 후에, 이들을 각각 동일한 조건에서 전기 방사하여 직경을 측정하였다.
도 2는, 서로 다른 가수분해도를 갖는 PVA로 전기방사하여 제조된 나노 섬유의 SEM 사진이다. 도 2a는 가수분해도가 88%인 PVA 나노 섬유, 도 2b는 가수분해도가 92%인 PVA 나노 섬유, 도 2c는 가수분해도가 96%인 PVA 나노 섬유, 도 2d는 가수분해도가 99.9%인 PVA 나노 섬유의 SEM 사진이다. 가수분해도가 88% 인 것이 가장 가느다란 섬유를 형성하는 것을 확인할 수 있다.
도 3은, 가수분해도에 따른 PVA의 직경을 나타낸 그래프이다. 가수분해도가 88%인 PVA 나노 섬유의 평균 직경은 190nm, 가수분해도가 92%인 PVA 나노 섬유의 평균 직경은 200nm, 가수분해도가 96%인 PVA 나노 섬유의 평균 직경은 220nm, 가수분해도가 99.9%인 PVA 나노 섬유의 평균 직경은 470nm 였다.
PVA/PAA의 함량 비율에 따른 PVA/PAA 복합 나노 섬유의 가수분해 정도를 확인하였다. PVA에 대한 PAA의 몰 비율 (φPAA)이 0.25, 0.5 및 0.75 일 때 전기방사로 복합 나노 섬유를 제조한 후, 각각의 나노 섬유의 내수성 및 가수분해 정도 등을 관찰하였다.
도 4는, PVA/PAA의 함량에 따른 복합 나노 섬유의 SEM 사진이다. 도 4의 첫 번째 행(윗줄)의 (a)는 φPAA=0.25 인 경우의 나노 섬유이고, (b)는 φPAA=0.5 인 경우의 나노 섬유이며, (c)는 φPAA=0.75 인 경우의 나노 섬유이다. 도 4의 두 번째 행(아랫줄)의 사진은, 각각의 나노 섬유를 1시간 동안 물에 담근 후 찍은 SEM 사진이다. (a)는 φPAA=0.25 인 경우의 나노 섬유이고, (b)는 φPAA=0.5 인 경우의 나노 섬유이며, (c)는 φPAA=0.75 인 경우의 나노 섬유이다. φPAA=0.5인 경우에 가장 섬유 모폴로지가 완전하게 보존되었으며, 내수성이 좋은 것으로 확인 되었다.
<실시예 3: PVA/PAA 교차-결합 나노 섬유의 제조>
PVA/PAA 교차-결합된 나노 섬유를 제조하기 위하여, 우선 PVA를 물에 용해하여 대략 10 중량% 농도의 전기 방사를 위한 용액을 제조한다. PVA 중합체의 용해도를 개선하기 위하여 PVA 용액은 대량 80 ℃로 가열하여 PVA 중합체에 존재할 수 있는 강한 내부 결합을 와해시킨다. 전기방사를 위한 PVA/PAA 용액은 PVA 용액에 PAA 용액을 혼합하여 제조하며, 몰비는 φPAA=0.50 이고, PVA/PAA 용액의 농도는 대략 10 wt%로 조절하였다. PVA/PAA 혼합 용액은 동일한 조건 하에서 회전하는 금속 콜렉터 상에 전기방사된다. PVA/PAA 혼합된 나노 섬유는 160 ℃ 에서 30분 열처리하여, PVA의 -OH기와 PAA의 -COOH기 사이에 에스테르가 형성되어 화학적으로 가교-결합된다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 나노섬유의 가교결합을 나타낸 것이다.
<실시예 4: 글루코스 센서의 제조>
효소 용액은 PBS의 20mL에 GOD 의 1.4g 와 전기 전달체 염화 루테늄 (ruthenium (Ⅲ) chloride) 600mg이 혼합되어 준비되었다. 효소는 물리적인 흡수 방법을 사용하여 PVA/PAA 상에 고정된다. 제조된 센서는 상온에서 24 시간 동안 건조되었으며, 측정 전 효소 안정화와 숙성을 위하여 대략 1주일 동안 보관되었다.
전기화학적 측정은 2개의 전극 시스템으로 구성된 센서 칩으로 평가되었으며, 전기화학적 분석기를 사용하여 수행되었다. 도입된 장치는 사이클릭 볼타미터(cyclic voltammeter), 암페로미터 (amperometer (WonATech Co., Ltd)), 및 WPCIPG software version 1.0가 포함되었다. Jaein Circuit Co., Ltd, Korea 에서 제조된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate: PET)기판 상에 Ni/Cu 전극이 설치되었다. 모든 전기화학적 장치는 상온에서 기준 전극으로 Cu/Ni 및 Cu/Ni/Pt, AgCl, 카본전극를 사용하는 0.1 M 포스파이트 버퍼 용액 (PBS, pH 7.03) 0.25L 함유 셀(cell)에서 수행되었다.
<실시예 5: Cu/Ni 전극>
Cu/Ni 전극은 100㎛ 두께의 PET 기판 상에 20 ㎛ 두께의 구리 필름을 라미네이트하는 열처리를 사용하여 제조되었다. 그런 다음, 자외선 (UV) 광민감성 건조 필름이 라미네이팅 방법으로 부착되었다. 리버스포토마스트 (reverse photo mask)가 UV 노출과 습식 에칭에 의하여 구리 전극 패턴을 형성하는데 사용되었다. 구리 전극은 금속성이고 물로 처리되지 않지만, 공기 중의 산소가 구리 금속 상에 구리 산화물 층을 형성하도록 상온에서 천천히 반응할 것이다. 구리 전극은 이어지는 순차적으로 니켈의 무전해 도금이 이어진다.
<실시예 6: 측정 방법>
SEM 이미지는 5 kV의 가속 전압에서 Hitachi S4800 스캐닝 전자 현미경으로 측정되었다. 샘플들은 Pt로 코팅하였다. 섬유 직경은 이미지 J 소프트웨어를 사용하여 측정되었다. 각각의 샘플에 대하여, 섬유 직경은 50 배로 측정하여 평균을 구하였다. 전기 화학적 실험들은 IM6ex electrochemical workstation (Zahner, Germany) 상에서 3개-전극 시스템으로 수행되었다. 사이크릭 볼타메트릭 측정 (cyclic voltammetric measurements)이 교반되지 않은 전기화학적 셀 내에서 수행되었다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 바이오센서의 산화 및 환원 반응을 나타낸 것이다.
전기화학적 바이오센서를 사용한 전혈 내 글루코스 정량 측정은 혈액의 한 방울이 테스트 스트립의 상면과 측면에 도입될 때 시작한다. 반응에 의하여 생성되는 전자는 전류를 생성한다. 전류는 글루코스 산화가 일어나는 동안에 생성되는 전자에 의하여 발생된다. 전류는 전체-혈액 샘플 내 글루코스 농도를 측정하기 위하여 계량된다. 전체-혈액 내 글루코스 농도를 YSI 2300 (Yellow Springs Instrument Inc., Yellow Springs, OH) 표준혈당측정기를 통하여 확인하였다. YSI 표준혈당분석기는 글루코스 옥시다제를 사용하여 2개의 글루코스 채널로 중복으로(in duplicate) 글루코스 농도를 측정하는데 사용된다. 선형성은 0 내지 1000 mg/dL이다. YSI 분석기는 매 15분 마다 간격으로 또는 5번 측정 이후에 자가-계량한다. 각각의 혈액 샘플의 헤마토크릿 레벨은 마이크로-모세관 원심분리기 (micro-capillary centrifuge (Model MB, International Equipment Company, Needham Heights, MA))로 5분 동안 10,000 rpm으로 샘플을 원심분리하여 측정되었다.
<실시예 7: GOD를 포함하는 PVA/PAA 교차-결합된 나노 섬유의 모폴로지>
용해를 방지하기 위하여, PVA/PAA 복합 나노 섬유는 열처리 방법을 사용하여 성공적으로 제조되었다. PVA의 수산화 기와 PAA의 카르복실기 사이의 에스테르 결합 형성을 통한 화학적으로 가교 결합된 네트워크의 형성은 고체 상태에서의 13C-NMR 스펙트럼과 FT-IR의 분석을 통하여 명확하게 증명되었다.
두 종류의 샘플 (Cu/Ni 전극 상에 직접적으로 GOD 용액을 디스펜싱한 샘플, 및 전기 방사된 PVA/PAA 나노 섬유 막을 GOD 용액으로 코팅한 샘플)을 제조하여, PVA/PAA 나노 섬유 막의 헤마토크릿 영향을 평가하였다.
도 7은 종래의 바이오센서에서 수행되는 글루코스 옥시다제 코팅법을 나타낸 것이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서를 나타낸 것이다.
도 9는, 종래의 바이오센서 및 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 표면을 각각 나타낸 사진이다.
도 9의 (a) 및 (b)는, 종래의 방법에 따라, 글루코스 옥시다제 복합체를 PET 필름에 플라즈마 처리한 경우의 SEM 이미지 사진으로서, GOD가 PET 필름 상에 크고 비-균일한 클러스터로 응집되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 반면에, 도 9의 (c) 및 (d)는, PVA/PAA 가교-결합된 복합체 나노 섬유를 글루코스 옥시다제 용액에 담그어 코팅한 후, 진공에서 건조된 이후의 SEM 이미지를 나타낸다.
도 9의 (c)를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따라, PVA/PAA 나노 섬유 막을 GOD 균등용액에 담그어 코팅한 경우에는, GOD 가 PVA/PAA 나노 섬유 상에 비교적 균일하게 증착되는 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 섬유 직경은 GOD 용액으로 처리한 이후에 대략 350 ± 40 nm 에서 510 ± 50 nm 로 증가되었으며, GOD는 PVA/PAA 나노 섬유 상에 균일하게 형성되어 있는 것이 관찰되었다. 보다 더 고해상도의 SEM 사진(도 9 (d))에서, PVA/PAA 나노 섬유 상에 형성된 GOD 입자는 구조체 내에서 나노 결정체로서 나노 섬유 표면 상에 비교적 고르게 상당히 증착되어 있는 것을 확인하였다. GOD 입자들은 PVA/PAA 나노 섬유 상에 증착되어, 전체 직경을 대략 100-150 ± 20 nm 증가시켰으며, 응집되지 않고 고르게 PVA/PAA 나노 섬유 상에 성공적으로 고정화 되었다.
<실시예 8: PVA/PAA-GOD 코팅된 나노 섬유의 전기화학적 능력>
PVA/PAA-GOD 코팅된 나노 구조체의 Cu/Ni에 대한 전기화학적 반응은 사이클릭 볼타메트리 (cyclic voltammetry)를 사용하여 확인하였다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서로 측정되는, 혈액 내 글루코스 농도에 대한 전류 그래프를 나타낸 것이다. 도 10은, Cu/Ni/PET 필름 상의 PVA/PAA-GOD 코팅된 나노 구조체 층의 사이클릭 볼탐 반응이 낮은 전기적 저항도 (0.01 Ω 이하)이며, 이는 균일한 전기적 저항을 갖는 바이오센서 전극을 대량 생산하는 것이 가능하다는 것을 시사한다. 센서의 낮은 전기적 저항도는, 높은 저항도 전극보다 환원 피크가 더 빠르게 발생하기 때문에 이점이 있다.
PVA/PAA-GOD 코팅된 나노 섬유 글루코스 바이오센서의 재현도(reproducibility)가 평가되었다. 바이오센서는 암페로미터 방법 (amperometric method)을 사용하여 테스트되었다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서로 측정되는, 혈액 내 글루코스 농도에 대한 전류 그래프를 나타낸 것으로, 각각의 전혈 글루코스 농도에서 반응 전류의 변화를 보여준다. 도 11을 참고하면, Cu/Ni 전극 상의 PVA/PAA-GOD 코팅된 나노 섬유는, 0.9924의 선형 상관 계수 (R 2)를 갖고 3 이하의 일정한 전류를 나타내었다. 도 11에서 관찰되는 값은, Cu/Ni 전극 글루코스 바이오센서 상에서 1회용 PVA/PAA-GOD 코팅된 나노 섬유를 10번 반복하여 측정되었고, 결과적으로 일회용 Cu/Ni 전극 글루코스 바이오센서는 선형성과 상당한 재현성을 나타내었다. PVA/PAA-GOD 코팅된 나노 섬유 Cu/Ni 전극에 있어서, 전체 비 선형 오류는 2.15% 였다(coefficient of variation (CV, %) = standard deviation/arithmetic average ㅧ 100). ISO 15197 [ISO 15197 First edition, 2003]에 따르면, 임상적인 적용을 위하여 혈액 글루코스 센서에 허용되는 생산 기준은 비 선형 오류 비율이 7% 이내 이다.
325와 450 mg/dL 글루코스 농도를 갖는 전혈 샘플이 0.1 Vs-1의 스캔 속도로 본 발명의 바이오센서를 사용하여 측정되었다. 볼탐 프로필은 Cu/Ni 산화 및 환원 피크 (라벨된)에 따른 특징적인 수소 흡수/탈착 곡선을 보이며, 이는 Cu/Ni 전극 상에 PVA/PAA-GOD 코팅된 나노 섬유가 존재하는 것을 확인시켜준다. 글루코스는 염화 루테늄의 전기 화학적 변형에 의하여 산화되었다. 염화 루테늄은 산화 조건 하에서 지속적으로 전극에 의하여 재생성되었다. 반응 전류의 크기는 글루코스 농도에 의존한다. 반응 전류는 PVA/PAA-GOD 코팅된 나노 섬유에 혈액 샘플이 주입된 이후에 전체-혈액 글루코스 농도에서 실행되는 CV 결과 (대략 +0.065 V)로부터 얻어졌다. Cu/Ni/PET 필름 상의 PVA/PAA-GOD 코팅된 나노 섬유는 매우 낮은 전기 저항도를 갖는 바이오센서 전극을 형성하였다. 탄소 전극은 Cu/Ni 전극 (대략 0.01Ω)보다 더 높은 전기 저항도 (대략 80Ω~1kΩ ± 5~10%) 를 갖고, 높은 적용 전압 (대략 0.2 ~ 0.7 V)을 요구하기 때문에, 탄소 전극 상의 효소 반응은 안정 상태 (steady state) 에 도달하기까지 더 긴 반응 시간을 요구한다. 이에 비하여, PVA/PAA-GOD 코팅된 나노 섬유 Cu/Ni 전극은 3초 이내에 안정 상태에 도달한다.
<실시예 9: PVA/PAA-GOD 코팅된 나노 섬유의 헤마토크릿 영향>
매우 민감한 글루코스 바이오센서에 있어서, 사이즈-배제 원리에 기초한 혈장-함유 글루코스의 분리가 효율적이다. 인간 혈액 내에서 적혈구는 6 내지 9 μm 의 직경과 1.8 내지 2.8 μm의 두께를 가지며, 백혈구는 6 내지 10 μm 이상의 직경을 갖는다. 따라서, 약 5 μm의 컷-오프 사이즈를 갖는 구조는 대부분의 백혈구와 적혈구를 막아내는 대신, 혈장 내의 글루코스는 허용할 수 있다. 본 발명의 나노 섬유는 전기 방사의 조건을 제어하여 공극의 크기를 조절할 수 있으므로, 혈구에 영향을 받지 않고 글루코스에 높은 민감도를 갖는다.
헤마토크릿 효과에 대하여, 본 발명의 바이오센서는 헤마토크릿 농도 (35, 42, 50, 60%)에 따른 글루코스 농도 변화 (140, 230 및 309 mg/dL)를 측정하였다.
도 12는, 종래의 바이오센서로 측정되는, 헤마토크릿 레벨에 따라 측정되는 글루코스 농도 그래프를 나타낸 것이고, 도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서로 측정되는, 헤마토크릿 레벨에 따라 측정되는 글루코스 농도 그래프를 나타낸 것이다. 도 12 및 도 13은, 헤마토크릿의 레벨 35 % 내지 60 %에서, 37.1 mg/dL (2.06 mmol/L) 내지 544.7 mg/dL (30.24 mmol/L) 범위의 글루코스 농도를 측정한 결과 그래프이다.
도 12를 참고하면, 헤마토크릿 비율이 증가함에 따라, 적혈구와 백혈구가 전극 표면에 부착되기 때문에, 글루코스 바이오센서의 전류는 감소되었다. Cottrell 방적식에 따라,
I = (nFAD1/2C) / (πt)1/2
(여기에서, I = 전류, n = 반응에서 이동하는 전자의 수 (for Ruthenium chloride, n=1), F = 패러데이 상수 (전자 1몰의 전하량= 96,485 Coulombs/mol), A = 전극 면적(cm2), D = 확산 계수, C = 반응 농도(mol/cm3), t = 시간(seconds)), 효율적인 전극 표면의 환원은 낮은 전류 값을 유도한다.
하지만, 도 13을 참고하면, 같은 조건에서 실험된 본 발명의 바이오센서 전류는 헤마토크릿 레벨에 영향을 받지 않기 때문에 글루코스 농도가 오차 범위 5% 이내에서 변화하였다. 섬유에 의하여 적혈구 및 백혈구가 완전하게 차단되었기 때문에 전류가 안정하게 유지되었기 때문이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (13)
- 복수의 전극들을 포함하는 기판; 및
다공성 매트릭스 층;을 포함하고,
상기 다공성 매트릭스 층은, 글루코스 옥시다제가 코팅된 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol; PVA)/폴리아크릴산(Poly(acrylic acid; PAA) 나노 섬유를 포함하며, 상기 나노 섬유의 PVA 및 PAA몰 비가 2:3 내지 3:2인 것 인, 글루코스 측정을 위한 바이오센서.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 글루코스 옥시다제가 코팅된 나노 섬유의 직경은 400 내지 600 nm인, 바이오센서.
- 제1항에 있어서,
상기 다공성 매트릭스 층은, 시료를 투입되기 전과 시료를 투입한 후의 공극 직경이 2.5 내지 5.0 ㎛ 로 유지되는 것인, 바이오센서.
- 제1항에 있어서,
상기 다공성 매트릭스 층의 두께는 10 내지 30 ㎛인, 바이오센서.
- 제1항에 있어서,
상기 바이오센서는, 35% 내지 60%의 헤마토크릿의 레벨의 환경에서 측정한 글루코스 농도가 오차범위 5% 이내에서 일정하게 측정되는 것인, 바이오센서.
- 제6항에 있어서,
상기 바이오센서에서 오차범위 5% 이내에서 일정하게 측정되는 글루코스 농도는, 37.1 mg/dL 내지 544.7 mg/dL인, 바이오센서.
- 제1항에 있어서,
상기 바이오센서는, 상기 다공성 매트릭스에 시료가 투입된 시점으로부터 1 내지 3초에 글루코스 농도가 측정되는 것인, 바이오센서.
- 복수의 전극들을 포함하는 기판을 준비하는 단계;
폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol; PVA) 및 폴리아크릴산(Poly(acrylic acid; PAA)의 몰 비가 2:3 내지 3:2인 친수성 고분자 용액을 준비하는 단계;
상기 친수성 고분자 용액을 상기 기판 상에 전기 방사하여, 나노 섬유로 이루어진 다공성 매트릭스를 제조하는 단계;
상기 다공성 매트릭스를 열처리하는 단계; 및
상기 다공성 매트릭스를 글루코스 옥시다제로 코팅하는 단계;를 포함하는, 글루코스 측정을 위한 바이오센서 제조방법.
- 삭제
- 제9항에 있어서,
상기 친수성 고분자 용액을 상기 기판 상에 전기 방사하는 단계는,
상기 친수성 고분자 용액의 농도가, 8 내지 20 wt% 이고,
상기 전기 방사의 전압이 1 내지 80kV이고,
방사속도는 5 내지 30 ml/hr 이고, 및
방사 거리가 10 내지 30 cm 인, 바이오센서 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 나노 섬유로 이루어진 다공성 매트릭스를 글루코스 옥시다제로 코팅하는 단계는,
스크린포충법, 거품함침법, 스프레이법, 또는 디스펜싱법을 사용하여 수행되는 것인, 바이오센서 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 다공성 매트릭스 층은, 시료를 투입되기 전과 시료를 투입한 후의 공극 직경이 2.5 내지 5.0 ㎛ 로 유지되는 것인, 바이오센서 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180034508A KR102265599B1 (ko) | 2016-05-12 | 2018-03-26 | 효소 고정화된 글루코스 바이오센서 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160058281A KR101856841B1 (ko) | 2016-05-12 | 2016-05-12 | 효소 고정화된 글루코스 바이오센서 및 이의 제조방법 |
| KR1020180034508A KR102265599B1 (ko) | 2016-05-12 | 2018-03-26 | 효소 고정화된 글루코스 바이오센서 및 이의 제조방법 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160058281A Division KR101856841B1 (ko) | 2016-05-12 | 2016-05-12 | 효소 고정화된 글루코스 바이오센서 및 이의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180036664A KR20180036664A (ko) | 2018-04-09 |
| KR102265599B1 true KR102265599B1 (ko) | 2021-06-16 |
Family
ID=61977854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180034508A KR102265599B1 (ko) | 2016-05-12 | 2018-03-26 | 효소 고정화된 글루코스 바이오센서 및 이의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102265599B1 (ko) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102209148B1 (ko) * | 2019-03-12 | 2021-02-01 | 단국대학교 산학협력단 | 금 나노 입자 및 pva/베타-사이클로덱스트린을 포함하는 투명 나노섬유 하이드로겔 및 이의 제조방법 |
| CN111157592A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-05-15 | 河南牧业经济学院 | 一种静电纺丝葡萄糖探测膜及其制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100364199B1 (ko) * | 2000-07-21 | 2003-01-24 | 주식회사 아이센스 | 크로마토그래피 기능의 다공성 박막이 구비된 바이오센서 |
| KR100742421B1 (ko) * | 2005-09-27 | 2007-07-24 | 케이엠에이치 주식회사 | 전기방사를 이용한 나노 파이버 웹 상의 효소의 고정방법 |
-
2018
- 2018-03-26 KR KR1020180034508A patent/KR102265599B1/ko active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20180036664A (ko) | 2018-04-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101856841B1 (ko) | 효소 고정화된 글루코스 바이오센서 및 이의 제조방법 | |
| JP4763777B2 (ja) | 親水性ポリマーで被覆されたカバー膜層を含む酵素センサー | |
| US8383361B2 (en) | Method for determining analyte concentration in biological fluid using electrochemical sensor | |
| CA2658607C (en) | Analyte sensors and methods for making and using them | |
| CN102112873B (zh) | 用于葡萄糖感测的含有纳米纤维膜的组合物及使用该组合物制备非酶葡萄糖生物传感器的方法 | |
| WO2007088975A1 (ja) | 生体分子固定化炭素膜 | |
| AU2170102A (en) | Paste, which can undergo screen printing, for producing a porous polymer membrane for a biosensor | |
| IE59740B1 (en) | Membrane | |
| CA2654220A1 (en) | Amperometric sensor and method for its manufacturing | |
| Kim et al. | Immobilization of glucose oxidase on a PVA/PAA nanofiber matrix reduces the effect of the hematocrit levels on a glucose biosensor | |
| KR102265599B1 (ko) | 효소 고정화된 글루코스 바이오센서 및 이의 제조방법 | |
| Lee et al. | Fully packaged nonenzymatic glucose microsensors with nanoporous platinum electrodes for anti-fouling | |
| JP3881731B2 (ja) | 酵素反応センサー及びその製造方法 | |
| TWI487912B (zh) | 靜電紡絲葡萄糖感測膜及其製程方法 | |
| KR100966620B1 (ko) | 무효소 바이오 센서 및 그 제조 방법 | |
| JP2024540521A (ja) | グルタミン酸塩を感知するための分析物センサおよびその使用方法 | |
| US20230168217A1 (en) | Test strip for the detection of neutral analytes in a sample | |
| CN115078508A (zh) | 电化学生物传感器及其制备方法 | |
| TW202203850A (zh) | 製備工作電極的方法 | |
| CN113311054A (zh) | 一种葡萄糖生物传感器 | |
| CN114149718B (zh) | 生物传感器的成膜组合物及其制备方法 | |
| CN118791909A (zh) | 一种能减少生物传感器干扰信号的膜材料及其传感器 | |
| KR20240030472A (ko) | pH-민감성 프랙탈 구조 폴리아닐린을 이용한 고감도 글루코즈 센서 및 이의 제조방법 | |
| KR100332219B1 (ko) | 바이오 센서용 감응막 및 그의 제조방법 | |
| CN118271602A (zh) | 组合物、抗干扰膜及其应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent | ||
| PA0107 | Divisional application |
Comment text: Divisional Application of Patent Patent event date: 20180326 Patent event code: PA01071R01D Filing date: 20160512 Application number text: 1020160058281 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| A201 | Request for examination | ||
| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20201111 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R04I Patent event date: 20180326 Comment text: Divisional Application of Patent |
|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20210113 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20210608 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20210610 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20210611 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration |