KR102270809B1 - Hybrid Graphene Electrode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하이브리드 그래핀 전극에 관한 것으로, 보다 자세하게는 미세금속입자와 그패핀의 가교결합에 의한 3차원 구조 형성 및 이러한 구조적 특징에 의한 높은 전기 전도성 특성으로, 저농도의 항원에 대해 선택성 및 특이성이 우수하고, 특히 치매 특이항원의 검출을 위한 면역센서에 최적화된 치매 특이항원 하이브리드 그래핀 전극에 관한 것이다. The present invention relates to a hybrid graphene electrode, and more particularly, the formation of a three-dimensional structure by cross-linking of micro-metal particles and graphene and high electrical conductivity properties due to these structural features, which have high selectivity and specificity for low-concentration antigens. It relates to a dementia-specific antigen hybrid graphene electrode that is excellent, particularly optimized for an immune sensor for the detection of dementia-specific antigen.
그래핀은 전기적, 기계적, 화학적 특성이 매우 안정적이고 뛰어날 뿐만 아니라 우수한 전도성 물질로서 실리콘 보다 약 100 배 빠르게 전자를 이동시키며 구리보다도 약 100 배 가량 더 많은 전류를 흐르게 할 수 있는 물질로서, 이의 제조 및 응용에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. Graphene is a material that can move electrons about 100 times faster than silicon and flow about 100 times more current than copper as an excellent conductive material as well as very stable and excellent electrical, mechanical, and chemical properties. Research on the application is actively progressing.
이를 응용한 바이오센서로 항원-항체 결합을 기반으로하는 면역센서에 활용될 수 있다. 면역센서는 바이오마커와 같이 임상진단에서 질병과 관련된 물질을 감지하는데 널리 사용되고 있다. 항원에 대한 항체의 특이결합에 때문에 항체는 특히 바이오마커를 검출하기위해 면역센서의 표면 등에 고정되어 이용된다.As a biosensor to which this is applied, it can be used for immune sensors based on antigen-antibody binding. Immune sensors are widely used to detect disease-related substances in clinical diagnosis, such as biomarkers. Because of the specific binding of the antibody to the antigen, the antibody is particularly used by being fixed to the surface of an immune sensor to detect a biomarker.
예를 들어 전립선 암 마커(marker)로서 전립선 특이항원(prostate specific anteigen, PSA)는 전립선 암의 스크리닝, 진단 및 치료에 널리 이용된다. 전립선 특이항원은 전립선의 상피세포에서 합성되어 분비되는 효소로서 일반인의 경우 0~4 ng/㎖으로 측정되나 전립선 암 환자에서는 농도가 더 높게 측정된다. 따라서, 전립선 특이항원에 대한 선택성, 특이성 및 민감성 등이 뛰어난 면역센서는 전립선 암의 조기 진단과 예방에 유용하게 이용될 수 있다.For example, a prostate specific antigen (PSA) as a prostate cancer marker is widely used for screening, diagnosis and treatment of prostate cancer. Prostate-specific antigen is an enzyme synthesized and secreted by epithelial cells of the prostate and is measured at 0-4 ng/ml in the general population, but at a higher concentration in patients with prostate cancer. Therefore, an immune sensor with excellent selectivity, specificity, and sensitivity to prostate-specific antigen can be usefully used for early diagnosis and prevention of prostate cancer.
면역센서는 샌드위치형(sandwich-type) 면역센서와 비표지(label-free)면역 센서 두 가지 종류가 있다. 샌드위치형은 기재표면에 항원과 결합할 수 있는 일차(primary)항체가 고정되고, 전립선 특이항원과 결합할 수 있는 표지된 항체(labeled antibody)가 이차(secondary)항체로서 사용된다. 샌드위치형에서는 일차 및 표지된 이차항체를 사용함으로서 항원-항체 결합 효율, 선택성, 민감도 및 신호 증폭 효과를 얻을 수 있다. 이와 달리, 비표지면역 센서는 항원-항체 결합을 바로 측정할 수 있어 편이성, 신속성 및 민감도 등이 뛰어날뿐만 아니라 비용이 절감되어 경제성이 뛰어나 주목할만한 바이오마커 검출 분석 도구이다.There are two types of immune sensors: a sandwich-type immune sensor and a label-free immune sensor. In the sandwich type, a primary antibody capable of binding an antigen is immobilized on the surface of a substrate, and a labeled antibody capable of binding a prostate-specific antigen is used as a secondary antibody. In the sandwich type, antigen-antibody binding efficiency, selectivity, sensitivity and signal amplification effects can be obtained by using primary and labeled secondary antibodies. In contrast, the non-labeled immune sensor is a remarkable biomarker detection and analysis tool because it can directly measure antigen-antibody binding, so it is not only excellent in convenience, speed and sensitivity, but also economical due to reduced cost.
더 좋은 비표지 면역센서의 개발을 위해 생체적합성 및 전자이동이 뛰어난 성질을 가진 그래핀을 이용한 그래핀 기반 복합체가 전극 재질로서 주목받고 있다. 그리하여, 바이오센서 등에 그래핀을 적용하는 연구가 활발히 이루어지고 있고 그래핀이 극히 높은 민감도를 가지는 전기화학적 바이오센서의 개발에 효과적으로 기여할 수 있는 것으로 알려져있다.For the development of better label-free immune sensors, graphene-based composites using graphene with excellent biocompatibility and electron mobility are attracting attention as electrode materials. Thus, research on applying graphene to a biosensor is being actively conducted, and it is known that graphene can effectively contribute to the development of an electrochemical biosensor with extremely high sensitivity.
한국 등록특허 제1400976호에서는 환원된 그래핀 산화물 층에 분자 링커를 연결하고 금속 나노입자 층을 더한 바이오센서를 개시하고 있으나, 수평적 구조로 되어 있어 3차원 구조가 아니며 분자 링커가 제한되고, 한국 등록특허 1339403에서는 환원 그래핀 산화물-금속 나노입자 복합필름을 개시하고 있으나 이를 바이오센서로서 이용할수 있는 가능성 정도만이 제시된 것으로 보인다.Korean Patent Registration No. 1400976 discloses a biosensor in which a molecular linker is connected to a reduced graphene oxide layer and a metal nanoparticle layer is added, but it has a horizontal structure, so it is not a three-dimensional structure, and the molecular linker is limited. Registered Patent 1339403 discloses a reduced graphene oxide-metal nanoparticle composite film, but it seems that only the degree of possibility of using it as a biosensor is presented.
이에 본 발명자는 광화학 및 광열 조사를 이용하여 제조한 3차원 형태의 미세금속입자-그래핀 복합체를 개발하였으며, 이를 기반으로 한 면역센서는 선택성, 특이성, 경제성뿐만 아니라 높은 민감도를 가지고 재현성이 뛰어난 특징이 있다. 본 발명은 특히 치매 특이항원의 검출에 매우 효과적인 면역센서에 응용될 수 있다. Accordingly, the present inventors have developed a three-dimensional micrometal particle-graphene complex prepared using photochemical and photothermal irradiation, and an immune sensor based on this has not only selectivity, specificity and economy, but also high sensitivity and excellent reproducibility. there is this The present invention can be particularly applied to an immune sensor that is very effective in detecting dementia-specific antigens.
본 발명의 목적은 미세금속입자와 그패핀의 가교결합에 의한 3차원 구조 형성 및 이러한 구조적 특징에 의한 높은 전기 전도성 특성을 이용하여, 저농도의 항원에 대해 민감도 및 특이성이 우수하고, 특히 치매 특이항원의 검출을 위한 면역센서에 최적화된 치매 특이항원 면역 센서용 하이브리드 그래핀 전극를 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to form a three-dimensional structure by cross-linking of micrometal particles and graphene and to use the high electrical conductivity properties due to these structural features to have excellent sensitivity and specificity to low-concentration antigens, particularly dementia-specific antigen An object of the present invention is to provide a hybrid graphene electrode for a dementia-specific antigen immune sensor optimized for an immune sensor for the detection of
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 미세금속입자(Micro Metal Particle)와 그래핀 복합층이 혼합된 구조를 가지는 그래핀 금속 복합체를 구성하고, 상기 그래핀 금속 복합체를 통하여 전자의 흐름이 발생하는 하이브리드 그래핀 전극을 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention constitutes a graphene metal composite having a structure in which micro metal particles and a graphene composite layer are mixed, and through the graphene metal composite, the electron A hybrid graphene electrode in which flow occurs is provided.
또한 본 발명은 상기 그래핀 금속 복합체를 통하여 외부 전자의 유입 혹은 방출이 발생하는 하이브리드 그래핀 전극을 제공한다. In addition, the present invention provides a hybrid graphene electrode in which external electrons are introduced or emitted through the graphene metal composite.
또한 본 발명은 상기 그래핀 복합층은 여러 층의 그래핀이 적층되고 임의의 방향으로 굽혀져 있는 3차원 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 그래핀 전극을 제공한다. In addition, the present invention provides a hybrid graphene electrode, characterized in that the graphene composite layer has a three-dimensional structure in which several layers of graphene are stacked and bent in an arbitrary direction.
또한 본 발명은 상기 미세금속입자 사이 빈 공간의 일부는 그래핀 복합층이 채워진 형태의 다공성 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 그래핀 전극을 제공한다. The present invention also provides a hybrid graphene electrode, characterized in that a portion of the empty space between the fine metal particles forms a porous structure in which the graphene composite layer is filled.
또한 본 발명은 상기 미세금속입자와 그래핀 복합체는 상호 연결된 구조인 하이브리드 그래핀 전극을 제공한다. In addition, the present invention provides a hybrid graphene electrode in which the fine metal particles and the graphene composite are interconnected.
또한 본 발명은 상기 미세금속입자는 은(Ag) 혹은 구리 금속 표면에 은(Ag)으로 코팅된 것에 특징이 있는 하이브리드 그래핀 전극을 제공한다. In addition, the present invention provides a hybrid graphene electrode, characterized in that the fine metal particles are coated with silver (Ag) on the surface of silver (Ag) or copper metal.
또한 본 발명은 상기 그래핀 금속 복합체에서 전기화학 반응을 이용해 특정 타겟 물질을 검출하는 전기화학 센서용 하이브리드 그래핀 전극을 제공한다. In addition, the present invention provides a hybrid graphene electrode for an electrochemical sensor that detects a specific target material by using an electrochemical reaction in the graphene metal composite.
본 발명인 미세금속입자(Micro Metal Particle)와 그패핀의 가교결합에 의한 3차원 구조의 하이브리드 그래핀 전극은 구조적 특징에 의한 높은 전기 전도성 특성을 이용하여, 저농도의 항원에 대해 민감도가 우수하며, 특히 치매 특이항원의 검출을 위한 면역센서에 최적화된 특징이 있다. The hybrid graphene electrode having a three-dimensional structure by crosslinking of micrometal particles and graphene according to the present invention has excellent sensitivity to low-concentration antigens, especially by using high electrical conductivity characteristics due to structural features. It has features optimized for immune sensors for the detection of dementia-specific antigens.
도 1a~1d는 본 발명인 하이브리드 그래핀 전극의 단계별 SEM 사진이다.
도 2는 본 발명인 하이브리드 그래핀 전극(그래핀 금속 복합체)와 금속전극, 그래핀 전극의 전기 전도성 특성을 측정하여 비교한 그래프이다.
도 3은 본 발명인 하이브리드 그래핀 전극, 그래핀 전극, 금속 전극에 대해서 전기화학 측정물질(PAP)의 농도에 따른 측정 전류를 보여주는 그래프이다.
도 4은 본 발명인 그래핀 금속 복합체 전극, 그래핀 전극, 금속 전극에 대해 같은 농도의 PAP에 대해 측정한 전류신호의 차이를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명인 하이브리드 그래핀 전극을 이용한 인터디지테이티드 전극(IDA) 을 보여주는 도면이다. 1a to 1d are step-by-step SEM images of the hybrid graphene electrode according to the present invention.
2 is a graph comparing the electrical conductivity characteristics of a hybrid graphene electrode (graphene metal composite) of the present invention, a metal electrode, and a graphene electrode.
3 is a graph showing the measured current according to the concentration of the electrochemical measuring material (PAP) for the hybrid graphene electrode, the graphene electrode, and the metal electrode of the present invention.
4 is a diagram showing differences in current signals measured for PAP of the same concentration with respect to the graphene metal composite electrode, the graphene electrode, and the metal electrode according to the present invention.
5 is a view showing an interdigitated electrode (IDA) using the hybrid graphene electrode of the present invention.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. First, in describing the present invention, detailed descriptions of related known functions or configurations are omitted so as not to obscure the gist of the present invention.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.As used herein, the terms 'about', 'substantially' and the like are used in or close to the numerical value when manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are presented, and provide an understanding of the present invention. To help, precise or absolute figures are used to prevent unfair use by unscrupulous infringers of the stated disclosure.
본 발명은 미세금속입자(Micro Metal Particle)와 그래핀 복합층이 혼합된 구조를 가지는 그래핀 금속 복합체를 구성하고, 상기 그래핀 금속 복합체를 통하여 전자의 흐름이 발생하는 하이브리드 그래핀 전극에 관한 것이다. The present invention relates to a hybrid graphene electrode comprising a graphene metal composite having a structure in which micro metal particles and a graphene composite layer are mixed, and in which electrons flow through the graphene metal composite. .
도 1a~1d는 본 발명인 하이브리드 그래핀 전극의 단계별 SEM 사진이다. (a)는 은(Ag)미세입자입자를 보여주는 사진으로 구형 형상의 입자 지름은 약 5 ㎛를 갖는다. (b)는 광화학 및 광열 조사를 사용하여 은(Ag)미세입자의 표면이 용융된 상태에서 인접 미세입자와 결합 응고된 사진이다. 일부 미세입자는 연결되지 않아 빈 공간이 형성된 것에 특징이 있다. (c)는 광화학 및 광열반응 후 그래핀(다층 그래핀이 3차원 구조로 굽혀짐)에 관한 사진이다. 1a to 1d are step-by-step SEM images of the hybrid graphene electrode according to the present invention. (a) is a photograph showing fine silver (Ag) particles. The spherical particle diameter is about 5 μm. (b) is a photograph of the surface of silver (Ag) microparticles in a molten state using photochemical and photothermal irradiation to bond and solidify with adjacent microparticles. Some microparticles are not connected, so it is characterized in that an empty space is formed. (c) is a photograph of graphene (multilayer graphene bent into a three-dimensional structure) after photochemical and photothermal reactions.
그래핀은 탄소의 동소체 중 하나이며 탄소 원자들이 모여 2차원 평면을 이루고 있는 구조이다. 각 탄소 원자들은 육각형의 격자를 이루며 육각형의 꼭짓점에 탄소 원자가 위치하고 있는 모양이다. 나노 사이즈에서는 2차원 평면의 그래핀이 겹치거나 굽힌 구조로 불규칙적인 형상이 특징이다. Graphene is one of the allotropes of carbon and has a structure in which carbon atoms are gathered to form a two-dimensional plane. Each carbon atom forms a hexagonal lattice, and carbon atoms are located at the vertices of the hexagon. At the nano size, two-dimensional flat graphene is overlapped or bent, and its irregular shape is characteristic.
(d)는 본 발명의 하이브리드 그래핀 전극의 SEM 사진으로 (a)의 용융전 미세금속입자와 광화학 및 광열 반응으로 제조된 그래핀이 은(Ag)미세입자의 빈 공간(b)에 위치하여 고정된 구조를 보여주고 있다. (d) is an SEM photograph of the hybrid graphene electrode of the present invention. The graphene prepared by photochemical and photothermal reaction with the micrometal particles before melting of (a) is located in the empty space (b) of the silver (Ag) microparticles. It shows a fixed structure.
도 2는 본 발명인 하이브리드 그래핀 전극(그래핀 금속 복합체)와 금속전극, 그래핀 전극의 전기 전도성 특성을 측정하여 비교한 그래프이다. 금(Au) 박막으로 제작된 전극의 경우에 비하여, 그래핀 전극은 측정된 전류 신호가 더 커지게 된다. 이는 다공성 구조로 인하여 전극의 표면적이 넓고 그래핀을 통해 전자의 유입 및 방출이 우수해 전기화학 반응으로 발생하는 전자의 흐름이 더 크기 때문이다. 그래핀 금속 복합체 전극의 경우에는 그래핀 전극의 장점을 모두 가지면서 금속 입자로 인해 전도성이 좋아져서 전극의 저항이 매우 낮아지게 된다. 따라서 3가지 종류의 전극을 이용하여 전기화학 신호를 측정할 때, 그래핀 금속 복합체 전극으로 측정할 때 가장 큰 전류 신호를 발생시키게 된다. 2 is a graph comparing the electrical conductivity characteristics of the hybrid graphene electrode (graphene metal composite) of the present invention, the metal electrode, and the graphene electrode. Compared to the electrode made of the gold (Au) thin film, the measured current signal of the graphene electrode becomes larger. This is because, due to the porous structure, the electrode has a large surface area and excellent electron inflow and outflow through graphene, so that the electron flow generated by the electrochemical reaction is greater. In the case of the graphene metal composite electrode, while having all the advantages of the graphene electrode, conductivity is improved due to the metal particles, and the resistance of the electrode is very low. Therefore, when measuring an electrochemical signal using three types of electrodes, the largest current signal is generated when measuring with a graphene metal composite electrode.
이때, 민감도는 측정 전류 신호(signal)의 절대값이 클수록 우수하다. 따라서 본 발명의 그래핀 금속 복합 전극은 그래핀의 넓은 표면적과 전자의 흡수 및 방출에 의한 전기화학 반응을 더욱 효율적으로 발생시키는 특성과 금속입자의 낮은 저항의 장점이 활용되면 발생되는 신호의 SNR(Signal to Noise Ratio)이 매우 커서, 낮은 농도의 타겟 물질까지 검출할 수 있는 특징이 있다. In this case, the sensitivity is excellent as the absolute value of the measurement current signal increases. Therefore, the graphene metal composite electrode of the present invention has a large surface area of graphene, a characteristic of more efficiently generating an electrochemical reaction by absorption and emission of electrons, and a signal SNR ( Signal to Noise Ratio) is very large, so it has the feature of being able to detect even a low concentration target material.
이 기술은 광화학 및 광열 반응으로 3D 다공성 그래핀을 얻을 수 있다. 이 기술은 습식 화학 단계없이 3D 그래핀 제조 및 패턴화를 단일 단계로 진행할 수 있는 장점이 있다. This technology can obtain 3D porous graphene through photochemical and photothermal reactions. This technology has the advantage of being able to proceed with 3D graphene fabrication and patterning in a single step without a wet chemical step.
또한 본 발명의 은(Ag)미세입자는 구리 금속 표면에 은(Ag)으로 코팅하여 사용할 수 있다. 은 입자가 전도성이 우수하나 비용등을 고려할 때 코팅으로 사용하여도 입자의 표면이 전도성에 기여도가 큰 것을 감안하면 바람직한 구조일 수 있다. In addition, the silver (Ag) fine particles of the present invention can be used by coating the copper metal surface with silver (Ag). Although silver particles have excellent conductivity, considering the cost and the like, even when used as a coating, the surface of the silver particles contributes to conductivity, so it may be a desirable structure.
도 3은 본 발명인 하이브리드 그래핀 전극, 그래핀 전극, 금속 전극에 대해서 전기화학 측정물질(PAP)의 농도에 따른 측정 전류를 보여주는 그래프이다. 각각의 전극에 대해 PAP 농도에 따라 전류 신호의 크기가 점점 커지게 된다. 또한 같은 농도의 PAP에 대해서 금속 전극에 비해 표면적과 전자 유입 및 방출의 장점이 있는 그래핀 전극의 신호가 더 크게 되고, 그래핀 전극 대비 저항이 작은 그래핀 금속 복합전극의 신호가 더 크게 측정됨을 알 수 있다. 3 is a graph showing the measured current according to the concentration of the electrochemical measuring material (PAP) for the hybrid graphene electrode, the graphene electrode, and the metal electrode according to the present invention. For each electrode, the magnitude of the current signal gradually increases according to the PAP concentration. In addition, for PAP of the same concentration, the signal of the graphene electrode, which has the advantages of surface area and electron inflow and emission, is larger than that of the metal electrode, and the signal of the graphene metal composite electrode with low resistance compared to the graphene electrode is measured to be larger. Able to know.
본 발명인 하이브리드 그래핀 전극은 그래핀 금속 복합체 소재로 인터디지테이티드 전극(IDA)을 제작할 수 있다. 그래핀 금속 복합체에서 전기화학 반응을 이용해 특정 타겟 물질을 검출하는 전기화학 센서로 사용될 수 있다. In the hybrid graphene electrode of the present invention, an interdigitated electrode (IDA) can be manufactured using a graphene metal composite material. It can be used as an electrochemical sensor that detects a specific target material using an electrochemical reaction in a graphene metal composite.
인터디지테이티드 전극(IDA)의 손가락 모양의 두 전극 사이에서 전기화학 반응에 의해 전자가 이동되면서 전류를 만들어 내는 특징이 있다. 인터디지테이티드 전극(IDA)을 이용하여 전기 화학 효소-연결 면역 흡착 분석 (ELISA) 측정을 사용하면 알츠하이머 병의 초 고감도 전기 화학 검출을 할 수 있다.Electrochemical reaction between the two finger-shaped electrodes of the interdigitated electrode (IDA) creates an electric current as electrons move. Electrochemical enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) measurements using interdigitated electrodes (IDA) enable ultra-sensitive electrochemical detection of Alzheimer's disease.
미국 국립노화연구소와 알츠하이머협회(National Institute of Aging and Alzheimer Association, NIA-AA)는 알츠하이머 바이오마커로 뇌와 뇌척수액의 아밀로이드 베타(Amyloid beta, Aβ) Aβ-40 및 Aβ-42와 신경세포 손상을 반영하는 뇌척수액 타우단백질(total tau protein, t-tau)과 인산화 타우단백질(phosphorylated tau protein, p-tau)을 제시하였다. Aß-42 및 Aß-40와 t-tau 및 p-tau를 전기 화학적으로 측정하기 위해, 알칼리성 포스파타제 (AP)는 일반적으로 ELISA에 대한 효소 표지로서 사용된다. AP는 이차 항체에 붙어있어서, 알츠하이머 바이오마커가 많을수록 더 많은 AP 효소가 고정화되어 더 큰 전기화학 신호를 발생한다. 전기 활성 효소-기질 p-아미노 페닐포스페이트 (PAPP)는 효소 생성물과의 화학 반응에서 발생하여 전기 활성 생성물 p-아미노 페놀 (PAP)을 생성한다. PAP는 MHG 인터디지테이티드 전극(IDA) 표면에서 p-퀴논 이민 (PQI)으로 산화 된 다음 PQI가 PAP로 환원되어 PAP의 산화 환원주기를 초래한다. 알츠하이머 바이오마커의 농도가 증가하면, 반응 챔버에 더 많은 AP 효소가 고정되어 전기 화학적 신호를 증가시킨다.The National Institute of Aging and Alzheimer's Association (NIA-AA) is an Alzheimer's biomarker that reflects brain and cerebrospinal fluid amyloid beta (Aβ) Aβ-40 and Aβ-42 and neuronal damage. cerebrospinal fluid tau protein (total tau protein, t-tau) and phosphorylated tau protein (p-tau) were presented. For the electrochemical determination of Aß-42 and Aß-40 and t-tau and p-tau, alkaline phosphatase (AP) is commonly used as an enzymatic label for ELISA. AP is attached to the secondary antibody, so the more Alzheimer's biomarkers, the more AP enzymes are immobilized, resulting in a larger electrochemical signal. The electroactive enzyme-substrate p-amino phenylphosphate (PAPP) occurs in a chemical reaction with the enzyme product to produce the electroactive product p-amino phenol (PAP). PAP is oxidized to p-quinone imine (PQI) on the surface of the MHG interdigitated electrode (IDA), and then PQI is reduced to PAP, resulting in a redox cycle of PAP. As the concentration of the Alzheimer's biomarker increases, more AP enzymes are immobilized in the reaction chamber, increasing the electrochemical signal.
상기와 같은 원리를 이용하여 초기 알츠하이머 진단에서 전기 활성 생성물 p-아미노 페놀 (PAP)의 측정은 중요하여 매우 적은 양을 구분할 수 있는 전극으로 본 발명의 하이브리드 그래핀 전극을 응용할 수 있다. The measurement of the electroactive product p-aminophenol (PAP) in the initial diagnosis of Alzheimer's disease using the above principle is important, so that the hybrid graphene electrode of the present invention can be applied as an electrode that can distinguish a very small amount.
따라서 하이브리드 그래핀 전극의 미세금속입자의 형상은 전기 활성 생성물 p-아미노 페놀 (PAP)의 측정의 민감도에 영향을 미치며, 은(Ag)미세입자 입자의 구형 형상이 가장 민감도가 우수함을 알 수 있다.Therefore, the shape of the fine metal particles of the hybrid graphene electrode affects the sensitivity of the measurement of the electroactive product p-aminophenol (PAP), and it can be seen that the spherical shape of the silver (Ag) fine particle has the best sensitivity. .
또한 PAP 분자의 농도가 증가하고, PAP 분자의 산화 환원 주기도 증가하며, 결과적으로 전류는 MHG 인터디지테이티드 전극(IDA)에 의해 측정 된 것과 선형적으로 증가된다.Also, the concentration of PAP molecules increases, the redox cycle of PAP molecules also increases, and consequently the current increases linearly with that measured by the MHG interdigitated electrode (IDA).
도 4은 본 발명인 그래핀 금속 복합체 전극, 그래핀 전극, 금속 전극에 대해 같은 농도의 PAP에 대해 측정한 전류신호의 차이를 보여주는 도면이다. 본 발명인 그래핀 금속 복합체 전극의 전류신호가 비교 전극들에 비해 더 큰 신호를 발생시켜서 SNR(Signal to Noise Ration, 신호대 잡음비)이 비교 전극에 비해 더 크다는 것을 알 수 있다. 4 is a diagram showing differences in current signals measured for the same concentration of PAP with respect to the graphene metal composite electrode, the graphene electrode, and the metal electrode according to the present invention. It can be seen that the current signal of the graphene metal composite electrode according to the present invention generates a larger signal than that of the comparison electrodes, so that the signal to noise ratio (SNR) is larger than that of the comparison electrode.
도 5는 본 발명인 하이브리드 그래핀 전극을 이용한 인터디지테이티드 전극(IDA) 을 보여주는 도면이다. 5 is a view showing an interdigitated electrode (IDA) using the hybrid graphene electrode of the present invention.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다. The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and accompanying drawings, and it is common in the technical field to which the present invention pertains that various substitutions, modifications and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those who have the knowledge of
Claims (7)
상기 미세금속입자는 광화학 혹은 광열조사에 의해 다른 미세금속입자 또는 상기 그래핀 복합층과 결합응고되고,
상기 그래핀 복합층은 여러 층의 그래핀이 적층되고 임의의 방향으로 굽혀져 있는 3차원 구조를 가지고,
상기 미세금속입자 사이 빈 공간의 일부는 상기 그래핀 복합층이 채워져 상호 연결된 구조로,
상기 그래핀 금속 복합체를 통하여 전자의 흐름이 발생하는 하이브리드 그래핀 전극.
A graphene metal composite having a structure in which micro metal particles and a graphene composite layer are mixed,
The fine metal particles are bonded and solidified with other fine metal particles or the graphene composite layer by photochemical or photothermal irradiation,
The graphene composite layer has a three-dimensional structure in which several layers of graphene are stacked and bent in an arbitrary direction,
A part of the empty space between the fine metal particles is filled with the graphene composite layer to have an interconnected structure,
A hybrid graphene electrode in which electrons flow through the graphene metal composite.
상기 그래핀 금속 복합체를 통하여 외부 전자의 유입 혹은 방출이 발생하는 하이브리드 그래핀 전극.
According to claim 1,
A hybrid graphene electrode in which inflow or emission of external electrons occurs through the graphene metal composite.
상기 미세금속입자는 은(Ag) 혹은 구리 금속 표면에 은(Ag)으로 코팅된 것에 특징이 있는 하이브리드 그래핀 전극.
According to claim 1,
A hybrid graphene electrode, characterized in that the fine metal particles are coated with silver (Ag) or silver (Ag) on a copper metal surface.
상기 그래핀 금속 복합체에서 전기화학 반응을 이용해 특정 타겟 물질을 검출하는 전기화학 센서용 하이브리드 그래핀 전극.
According to claim 1,
A hybrid graphene electrode for an electrochemical sensor that detects a specific target material using an electrochemical reaction in the graphene metal composite.
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