KR102352758B1 - Novel redox polymer comprising transition metal complex and Electrochemical biosensor using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 특유의 구조를 가짐으로 인해 기존에 대비하여 간이한 단계로 제조가 가능하며, 전이금속 복합체의 고정화율이 증가되고 작용기 또는 링커의 도입이 용이한, 전이금속 복합체를 포함하는 산화-환원 중합체, 이의 제조방법 및 상기 산화-환원 중합체를 포함하는 전기화학적 바이오센서에 관한 것이다.Oxidation-reduction containing a transition metal complex, the immobilization rate of the transition metal complex is increased and the introduction of a functional group or linker is easy, because the present invention has a unique structure It relates to a polymer, a method for preparing the same, and an electrochemical biosensor comprising the oxidation-reduction polymer.

Description

신규한 전이금속 복합체를 포함하는 산화-환원 고분자 및 이를 이용한 전기화학적 바이오센서 {Novel redox polymer comprising transition metal complex and Electrochemical biosensor using the same}Novel redox polymer comprising transition metal complex and electrochemical biosensor using the same

본 발명은 기존에 대비하여 간이한 단계로 제조가 가능하며, 전이금속 복합체의 고정화율이 증가되고 작용기 또는 링커의 도입이 용이한, 전이금속 복합체를 포함하는 산화-환원 중합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an oxidation-reduction polymer comprising a transition metal complex and a method for preparing the same, which can be prepared in simple steps compared to the prior art, and the immobilization rate of the transition metal complex is increased and the introduction of a functional group or linker is easy will be.

최근 의료 분야부터 환경 및 식품 분야까지 목표 분석물의 정량, 정성 분석을 위해 바이오센서의 개발에 대한 관심이 날로 증대되고 있다. 특히 효소를 이용한 바이오센서는 생물체의 기능 물질 또는 미생물 등 생물체가 특정 물질과 예민하게 반응하는 생물 감지 기능을 이용하여 시료에 함유되어 있는 화학 물질을 선택적으로 검출 계측하는 데 사용하는 화학 센서로 주로 혈당 센서와 같은 의료 계측 용도로 개발되었으며, 그 외 식품 공학이나 환경 계측 분야의 응용에서 역시 연구가 활발하게 이루어지고 있다.Recently, interest in the development of biosensors for quantitative and qualitative analysis of target analytes is increasing day by day from the medical field to the environmental and food fields. In particular, the biosensor using an enzyme is a chemical sensor used to selectively detect and measure chemical substances contained in a sample by using the biological detection function in which an organism sensitively reacts with a specific substance, such as a functional substance of an organism or a microorganism. It was developed for medical measurement applications such as sensors, and research is being actively conducted in other applications in food engineering or environmental measurement fields.

당뇨 관리에 있어 혈당의 주기적인 측정은 대단히 중요하며, 이에 휴대용 계측기를 이용하여 손쉽게 혈당을 측정할 수 있도록 다양한 혈당 측정기가 제작되고 있다. 이러한 바이오센서의 작동원리는 광학적 방법 또는 전기화학적 방법에 기초하고 있고, 이러한 전기화학적 바이오센서는 종래의 광학적 방법에 의한 바이오센서와는 달리 산소에 의한 영향을 줄일 수 있으며, 시료가 혼탁하더라도 시료를 별도 전처리 없이 사용 가능하다는 장점을 갖는다. 따라서, 정확성과 정밀성을 갖춘 다양한 종류의 전기화학적 바이오센서가 널리 쓰이고 있다.Periodic measurement of blood sugar is very important in diabetes management, and various blood sugar meters are being manufactured so that blood sugar can be easily measured using a portable measuring instrument. The operating principle of such a biosensor is based on an optical method or an electrochemical method, and this electrochemical biosensor can reduce the effect of oxygen unlike the conventional optical method biosensor, It has the advantage that it can be used without a separate pretreatment. Accordingly, various types of electrochemical biosensors with accuracy and precision are widely used.

현재 상용화 된 전기화학적 혈당센서는 주로 효소 전극을 이용하는 것으로서, 보다 구체적으로는 전기적 신호를 변환할 수 있는 전극 위에 글루코스 산화 효소를 화학적 또는 물리적 방법으로 고정시킨 구조를 가진다. 이러한 전기화학적 혈당센서는 혈액 등의 분석물 내의 글루코스가 효소에 의해 산화되어 발생하는 전자를 전극에 전달하여 생성되는 전류를 측정함으로써 분석물 내의 글루코스 농도를 측정하는 원리에 의한 것이다. 효소 전극을 이용하는 바이오센서의 경우 효소의 활성 중심과의 거리가 너무 멀기 때문에 기질이 산화되어 발생 되는 전자를 직접적으로 전극에 전달하는 것이 용이하지 않은 문제가 발생한다. 따라서 이러한 전자 전달 반응을 용이하게 수행하기 위하여 산화환원 매개체, 즉 전자전달매개체가 필수적으로 요구된다. 따라서, 혈당을 측정하는 전기화학적 바이오센서의 특성을 가장 크게 좌우하는 것은 사용하는 효소의 종류와 전자 전달 매개체의 특성이다. The currently commercialized electrochemical blood glucose sensor mainly uses an enzyme electrode, and more specifically, has a structure in which a glucose oxidase is fixed by a chemical or physical method on an electrode capable of converting an electrical signal. The electrochemical blood glucose sensor is based on the principle of measuring the concentration of glucose in the analyte by measuring the current generated by transferring electrons generated when glucose in an analyte such as blood is oxidized by an enzyme to an electrode. In the case of a biosensor using an enzyme electrode, since the distance from the active center of the enzyme is too far, it is not easy to directly transfer electrons generated by oxidation of the substrate to the electrode. Therefore, a redox mediator, that is, an electron transport mediator, is essential to facilitate this electron transport reaction. Therefore, the type of enzyme used and the characteristics of the electron transfer mediator are the most influential in determining the characteristics of the electrochemical biosensor for measuring blood sugar.

채혈 혈당 센서의 개발 추이는 혈액(정맥혈, 모세혈 등)에 따라 달라지는 산소 분압(pO2) 차이에 따른 측정치 변화를 차단하기 위하여 혈액 내 글루코오스와의 효소 반응에서 산소가 참여하는 GOX 대신에 효소반응에 산소가 배제된 GDH 사용으로 전환되고 있으며, 전자 전달 매개체의 경우 습도에 따른 안정성이 민감한 ferricyanide를 대신 온도 및 습도에 따른 안정성이 우수한 퀴논 유도체(Phenanthroline quinone, Quineonediimine 등)와 같은 유기화합물과 Ru complex(ruthenium hexamine 등)나 오스뮴 착물과 같은 유기금속 화합물로 대체되고 있다. The development trend of blood glucose sensor is an enzymatic reaction instead of GOX in which oxygen participates in the enzymatic reaction with glucose in the blood in order to block the measurement value change due to the difference in oxygen partial pressure (pO 2 ) that varies depending on the blood (venous blood, capillary blood, etc.) In the case of electron transport, ferricyanide, which is sensitive to humidity, has been replaced with GDH, which excludes oxygen. They are being replaced by organometallic compounds such as ruthenium hexamine and osmium complexes.

가장 보편적으로 사용되는 전자 전달 매개체로는 포타슘페리시아나이드 [K3Fe(CN)6]가 있는데, 가격이 저렴하고 반응성이 좋아서 FAD-GOX, PQQ-GDH 또는 FAD-GDH를 이용한 센서 모두에 유용하다. 그러나, 이 전자 전달 매개체를 이용한 센서는 혈액에 존재하는 요산 (uric acid)이나 겐티식산(gentisic acid)과 같은 방해 물질에 의한 측정오차가 발생하고, 온도와 습도에 의하여 변질되기 쉽기 때문에 제조와 보관에 각별히 주의해야 하며, 장시간 보관 후 바탕전류의 변화로 낮은 농도의 글루코오스를 정확하게 검출하는데 어려움이 있다.The most commonly used electron transport medium is potassium ferricyanide [K 3 Fe(CN) 6 ], which is useful for all sensors using FAD-GOX, PQQ-GDH or FAD-GDH because of its low price and high responsiveness. do. However, the sensor using this electron transfer medium is manufactured and stored because measurement error occurs due to interfering substances such as uric acid or gentisic acid present in the blood and is easily deteriorated by temperature and humidity. Particular attention should be paid to this, and it is difficult to accurately detect low-concentration glucose due to changes in the background current after long-term storage.

헥사아민루테늄클로라이드 [Ru(NH3)6Cl3]는 페리시아나이드에 비하여 산화환원 안정성이 높아 이 전자 전달 매개체를 사용한 바이오센서는 제조와 보관이 용이하고 장시간 보관에도 바탕전류의 변화가 작아 안정성이 높은 장점을 갖지만, FAD-GDH와 사용하기에는 반응성이 서로 맞지 않아 상업적으로 유용한 센서로 제작하기가 어렵다는 단점이 있다. Hexaamine ruthenium chloride [Ru(NH 3 ) 6 Cl 3 ] has a higher redox stability than ferricyanide, so the biosensor using this electron transfer medium is easy to manufacture and store, and the change in the background current is small even after long-term storage, so it is stable Although this has a high advantage, there is a disadvantage that it is difficult to manufacture a commercially useful sensor because the reactivity does not match for use with FAD-GDH.

또한, 이와 같은 바이오센서를 사용함에 있어 소량의 시료로 정확하게 빠른 측정값을 얻는 것은 사용자의 편리를 극대화한다는 점에서 대단히 중요한 문제이다. In addition, when using such a biosensor, it is a very important problem in terms of maximizing user convenience to obtain accurate and fast measurement values with a small amount of sample.

따라서, 이와 같은 종래 전자 전달 매개체의 단점 및 측정 시간의 단축을 달성할 수 있는 새로운 전자 전달 매개체의 개발은 여전히 요구되고 있는 실정이다.Therefore, the development of a new electron transport media that can achieve the shortcomings of the conventional electron transport media and the reduction of the measurement time is still in demand.

한편, 혈당을 지속적으로 관찰하여 당뇨병 등의 질환을 관리하기 위하여 연속적인 혈당 모니터링(continuous glucose monitoring; CGM) 시스템을 이용하는데 손가락 끝에서 혈액을 채취하는 기존 효소센서는 채혈시 바늘로 인하여 상당한 고통을 유발하기 때문에 측정 빈도를 제한하므로 이러한 CGM에 이용될 수 없다. 이러한 문제점을 해소하기 위해서 최근에는 신체에 부착할 수 있어 침습을 최소화하는 개선된 버전의 효소센서가 개발되어오고 있다. 이러한 연속적인 혈당 모니터링 효소 센서의 경우 인체 내에 센서의 일부가 들어가기 때문에, 상기와 같이 전이금속 등을 포함하는 전자 전달 매개체가 인체에 흡수되어 독성 및 부작용을 발생하지 않도록 폴리비닐피롤리돈이나 폴리비닐이미다졸 등과 같은 중합체 백본으로 고정하여, 전자 전달 매개체의 인체 내 유실로 인한 문제점을 방지하고자 한다. On the other hand, a continuous glucose monitoring (CGM) system is used to continuously monitor blood sugar to manage diseases such as diabetes. It cannot be used for these CGMs because it limits the frequency of measurement. In order to solve this problem, an improved version of an enzyme sensor that can be attached to the body and minimizes invasion has been developed. In the case of such a continuous blood glucose monitoring enzyme sensor, since a part of the sensor enters the human body, polyvinylpyrrolidone or polyvinyl By fixing it with a polymer backbone such as imidazole, it is intended to prevent problems due to the loss of electron transport mediators in the human body.

이와 같이, 전자 전달 매개체가 연결된 산화-환원 고분자의 경우 종래에는 주로 고분자 주골격에 전이금속 복합체를 효율적으로 고정하기 위하여, 활성화 에스테르(active ester)인 N-하이드로석신이미드(N-hydroxysuccinimide: NHS)를 이용한 짝지음 반응을 주로 사용하였다. 그러나, 이러한 기존 합성 방법에 의하는 경우 최종적으로 제조되는 산화-환원 고분자로 합성되기까지 매우 복잡한 단계를 거쳐야 하고, NHS를 사용한 짝지음 반응 진행시에 가수분해로 인한 전이금속 복합체의 고정화 효율이 실제로 높지 않으며, 고분자의 주골격에 다른 종류의 링커나 기능기를 도입하기 어렵다는 문제가 존재하였는바, 이러한 문제를 해결할 수 있는 바이오센서용 산화-환원 고분자의 개발에 대한 요구가 증가하고 있다. As such, in the case of oxidation-reduction polymers linked with electron transport mediators, in the prior art, N-hydroxysuccinimide (NHS), which is an active ester, is mainly used to efficiently fix the transition metal complex to the polymer main skeleton. ) was mainly used for the coupling reaction. However, according to this conventional synthesis method, it is necessary to go through very complicated steps until it is finally synthesized into an oxidation-reduction polymer, and the immobilization efficiency of the transition metal complex due to hydrolysis during the coupling reaction using NHS is actually reduced. It is not high, and there was a problem that it was difficult to introduce other types of linkers or functional groups into the main skeleton of the polymer, and there is an increasing demand for the development of oxidation-reduction polymers for biosensors that can solve these problems.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 기존에 대비하여 간이한 단계로 제조가 가능하며, 전이금속 복합체의 고정화율이 증가되고 작용기 또는 링커의 도입이 용이한, 전이금속 복합체를 포함하는 산화-환원 중합체 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다. The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is that it can be prepared in a simple step compared to the conventional one, the immobilization rate of the transition metal complex is increased, and the introduction of a functional group or a linker is easy , to provide an oxidation-reduction polymer comprising a transition metal complex and a method for preparing the same.

본 발명의 또 다른 목적은 전이금속 복합체를 포함하는 산화-환원 중합체를 포함하는 전기화학적 바이오센서를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an electrochemical biosensor comprising a redox polymer including a transition metal complex.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 구리 촉매 및 열을 사용한 아자이드-알킨의 사이클로 부가반응과 빛을 이용한 싸이올-엔 반응 등의 클릭 반응을 이용해 합성이 간단하고, 향상된 전이금속 복합체의 고정화율을 나타내며, 추가적인 작용기 또는 링커의 도입이 용이한, 전이금속 복합체를 포함하는 산화-환원 중합체 및 전기화학적 바이오센서, 예컨대 혈당 센서를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention uses a click reaction such as a cycloaddition reaction of azide-alkyne using a copper catalyst and heat and a thiol-ene reaction using light, and is a simple and improved transition metal complex It provides an oxidation-reduction polymer including a transition metal complex and an electrochemical biosensor, such as a blood glucose sensor, which exhibits an immobilization rate of , and is easy to introduce additional functional groups or linkers.

본 발명에 따른 상기 전이금속 복합체를 포함하는 산화-환원 중합체는 폴리비닐피리딘 (Poly(vinylpyridine): PVP) 혹은 폴리비닐이미다졸 (Poly(vinylimidazole): PVI) 같은 중합체 골격(backbone)과 오스뮴, 루쎄늄, 이리듐, 로듐, 철, 코발트 등과 같은 전이금속 및 이의 배위자를 포함하는 전이금속 복합체, 그리고 상기 중합체 골격과 전이금속 복합체를 연결하는 링커 구조를 포함하는 것으로, 구체적으로는 하기 화학식 1 내지 4의 구조를 가진다: The oxidation-reduction polymer comprising the transition metal complex according to the present invention includes a polymer backbone such as polyvinylpyridine (Poly(vinylpyridine): PVP) or polyvinylimidazole (Poly(vinylimidazole): PVI) and osmium; To include a transition metal complex including a transition metal such as ruthenium, iridium, rhodium, iron, cobalt, and the like and a ligand thereof, and a linker structure connecting the polymer backbone and the transition metal complex, specifically, Formulas 1 to 4 has the structure of:

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112018040412633-pat00001
Figure 112018040412633-pat00001

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112018040412633-pat00002
Figure 112018040412633-pat00002

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112018040412633-pat00003
Figure 112018040412633-pat00003

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112018040412633-pat00004
Figure 112018040412633-pat00004

상기 식에서, In the above formula,

M 은 Os, Rh, Ru, Ir, Fe 및 Co 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 전이금속이고;M is one type of transition metal selected from the group consisting of Os, Rh, Ru, Ir, Fe and Co;

상기 식에서, L1 및 L2는 서로 합쳐져 하기 화학식 5 내지 7로부터 선택되는 바이덴테이트 리간드를 형성하고;In the above formula, L1 and L2 are taken together to form a bidentate ligand selected from the following formulas 5 to 7;

L3 및 L4는 각각 서로 합쳐져 하기 화학식 5 내지 7로부터 선택되는 바이덴테이트 리간드를 형성하고;L3 and L4 are each taken together to form a bidentate ligand selected from the following formulas 5 to 7;

L5 및 L6는 각각 서로 합쳐져 하기 화학식 5 내지 7로부터 선택되는 바이덴테이트 리간드를 형성하고;L5 and L6 are each taken together to form a bidentate ligand selected from Formulas 5 to 7 below;

[화학식 5][Formula 5]

Figure 112018040412633-pat00005
Figure 112018040412633-pat00005

[화학식 6][Formula 6]

Figure 112018040412633-pat00006
Figure 112018040412633-pat00006

[화학식 7][Formula 7]

Figure 112018040412633-pat00007
Figure 112018040412633-pat00007

상기 R1, R2 및 R'1 은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알코올기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬할로젠기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 싸이올기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 알킬아자이드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 30의 아릴아자이드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알키닐기, 시아노기, 할로겐기, 중수소 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되고,Wherein R1, R2 and R'1 are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alcohol group, or a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl halogen group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 thiol group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 alkylazide group, a substituted or unsubstituted C7 to C30 arylazide group, a substituted or unsubstituted It is selected from the group consisting of an alkenyl group having 2 to 40 carbon atoms, a substituted or unsubstituted alkynyl group having 2 to 40 carbon atoms, a cyano group, a halogen group, deuterium and hydrogen,

상기 R3 내지 R20은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알코올기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬할로젠기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 싸이올기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 알킬아자이드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 30의 아릴아자이드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 아릴알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알키닐기, 시아노기, 할로겐기, 중수소 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되고;R3 to R20 are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C40 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C50 aryl group, a substituted or unsubstituted A heteroaryl group having 3 to 50 carbon atoms, a substituted or unsubstituted C 1 to C 20 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 20 alcohol group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 20 alkyl halogen group , a substituted or unsubstituted C1 to C20 thiol group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 alkylazide group, a substituted or unsubstituted C7 to C30 arylazide group, a substituted or unsubstituted carbon number A 6 to 30 aryloxy group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 20 alkylamino group, a substituted or unsubstituted C 6 to C 30 arylamino group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 20 alkylsilyl group, substituted or An unsubstituted arylsilyl group having 6 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted arylalkylamino group having 1 to 50 carbon atoms, a substituted or unsubstituted alkenyl group having 2 to 40 carbon atoms, a substituted or unsubstituted alky having 2 to 40 carbon atoms selected from the group consisting of a nyl group, a cyano group, a halogen group, deuterium and hydrogen;

상기 Ad는 1차 및 2차 아민기, 암모늄기, 할로젠기, 에폭시기, 아자이드기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 싸이올기, 이소시아네이트, 알코올기, ?? 실란기로 이루어진 군으로부터 선택되고;The Ad is a primary and secondary amine group, ammonium group, halogen group, epoxy group, azide group, acrylate group, alkenyl group, alkynyl group, thiol group, isocyanate, alcohol group, ?? selected from the group consisting of silane groups;

상기 X는 반대 이온(counter ion)이고; wherein X is a counter ion;

상기 a는 1 내지 15 의 정수이고;wherein a is an integer from 1 to 15;

상기 b는 1 내지 15 의 정수이고;b is an integer from 1 to 15;

상기 c는 1 내지 15 의 정수이고;wherein c is an integer from 1 to 15;

상기 m은 10 내지 600 의 정수이고;wherein m is an integer from 10 to 600;

상기 n은 10 내지 600 의 정수이고;wherein n is an integer from 10 to 600;

상기 o는 0 내지 600 의 정수이다. and o is an integer from 0 to 600.

본 발명에서 제공되는 전이금속 복합체를 포함하는 산화-환원 중합체는 특유의 링커 구조를 가지고 있어, 기존에 대비하여 합성 단계가 감소하여 간이한 단계로 제조가 가능하며, 전이금속 복합체의 고정화율이 증가되고 작용기 또는 링커의 도입이 용이하다는 장점을 갖는다. 또한 본 발명에서 제공되는 전이금속 복합체를 포함하는 산화-환원 중합체는 3종의 바이덴테이트 리간드를 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 이러한 산화-환원 중합체를 포함하는 전기화학적 바이오센서, 바람직하게는 연속적인 혈당 모니터링 센서는 제조시 경제적이고, 전이금속으로 인한 독성 및 부작용이 현저히 감소하고, 제조시 수율이 높다는 장점이 있다. The oxidation-reduction polymer comprising the transition metal complex provided in the present invention has a unique linker structure, so it can be prepared in a simple step by reducing the synthesis step compared to the conventional one, and the immobilization rate of the transition metal complex is increased and has the advantage that it is easy to introduce a functional group or a linker. In addition, the oxidation-reduction polymer comprising the transition metal complex provided in the present invention preferably has three kinds of bidentate ligands. Therefore, the electrochemical biosensor, preferably the continuous blood glucose monitoring sensor, containing such a redox polymer has advantages in that it is economical to manufacture, toxicity and side effects due to transition metals are significantly reduced, and a yield is high during manufacture.

본 발명의 예는 적어도 두개의 전극을 갖춘 기판에, 상기 화학식 1 내지 4를 갖는 산화-환원 중합체에 액체성 생체시료를 산화환원시킬 수 있는 효소를 도포한 후 건조하여 제작한 전기화학적 바이오센서에 관한 것이다. 상기 전극의 예로는 작동전극(working electrode)과 대향전극(counter electrode)일 수 있으며, 예컨대 효소와 전이금속 중합체는 작동전극에 도포되거나 그에 근접하여 위치할 수 있다.An example of the present invention relates to an electrochemical biosensor manufactured by applying an enzyme capable of redoxing a liquid biological sample to the oxidation-reduction polymer having Formulas 1 to 4 on a substrate having at least two electrodes and drying it. it's about Examples of the electrode may be a working electrode and a counter electrode, and for example, an enzyme and a transition metal polymer may be applied to or located adjacent to the working electrode.

본 발명의 구체예는 전기화학적 바이오센서의 적용 가능한 예로서 글루코오스를 측정하기 위한 바이오센서를 예시하고 있지만, 본 발명의 시약조성물에 포함되는 효소의 종류를 달리함으로써 콜레스테롤, 락테이트, 크레아티닌, 과산화수소, 알코올, 아미노산, 글루타메이트와 같은 다양한 물질의 정량을 위한 바이오센서에 적용할 수 있다.Although the embodiment of the present invention exemplifies a biosensor for measuring glucose as an applicable example of the electrochemical biosensor, cholesterol, lactate, creatinine, hydrogen peroxide, It can be applied to biosensors for quantification of various substances such as alcohol, amino acids, and glutamate.

이하, 본 발명을 더욱 자세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

바람직하게, 본 발명에 따른 상기 화학식 1 내지 4의 산화-환원 중합체에서 상기 X의 반대이온은, 음이온, 예를 들어, F, Cl, Br 및 I로 이루어지는 군에서 선택될 수 있는 할라이드, 설페이트, 포스페이트, 헥사플루오로포스페이트, 테트라플루오로보레이트, 또는 양이온(바람직하게 1가 양이온), 예를 들어 리튬, 나트륨, 칼륨, 테트라알킬암모늄 및 암모늄에서 선택되는 것일 수 있다. 더욱 바람직하게, 상기 X는 클로라이드일 수 있다. Preferably, in the oxidation-reduction polymer of Formulas 1 to 4 according to the present invention, the counterion of X is an anion, for example, a halide, sulfate, which may be selected from the group consisting of F, Cl, Br and I; phosphate, hexafluorophosphate, tetrafluoroborate, or a cation (preferably a monovalent cation), for example, one selected from lithium, sodium, potassium, tetraalkylammonium and ammonium. More preferably, X may be chloride.

바람직하게, 상기 a는 2 내지 10 의 정수일 수 있다.Preferably, a may be an integer of 2 to 10.

바람직하게, 상기 b는 2 내지 10 의 정수일 수 있다.Preferably, b may be an integer of 2 to 10.

바람직하게, 상기 c는 2 내지 10 의 정수일 수 있다.Preferably, c may be an integer of 2 to 10.

바람직하게, 상기 m은 15 내지 550 의 정수일 수 있다.Preferably, m may be an integer of 15 to 550.

바람직하게, 상기 n은 15 내지 550 의 정수일 수 있다.Preferably, n may be an integer of 15 to 550.

바람직하게, 상기 o는 0 내지 300 의 정수일 수 있다.Preferably, o may be an integer of 0 to 300.

본 발명에 따른 산화-환원 중합체 매개체는 또한 하기 화학식 8 또는 9의 구조를 가지는 것일 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다.The redox polymer mediator according to the present invention may also have a structure represented by the following Chemical Formula 8 or 9, but is not limited thereto.

[화학식 8][Formula 8]

Figure 112018040412633-pat00008
Figure 112018040412633-pat00008

[화학식 9][Formula 9]

Figure 112021153498120-pat00009

상기 화학식 8 또는 9에서,
상기 m은 10 내지 600 의 정수이고;
상기 n은 10 내지 600 의 정수이고;
상기 o는 0 내지 600 의 정수이다.
Figure 112021153498120-pat00009

In Formula 8 or 9,
wherein m is an integer from 10 to 600;
wherein n is an integer from 10 to 600;
and o is an integer from 0 to 600.

본 발명에 따른 화학식 1 내지 4 및 화학식 8 및 9에서 선택되는 구조를 갖는 산화-환원 중합체 중의 전이금속 복합체는 구체적으로는 오스뮴 복합체, 예를 들어 3가 오스뮴 복합체와 2가 오스뮴 복합체를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 산화상태의 화합물(3가 Os 화합물)일 수 있다. 본 발명의 산화처리에 사용되는 산화제는 특별히 한정하지 않으며, 구체적인 예는 NaOCl, H2O2, O2, O3, PbO2, MnO2, KMnO4, ClO2, F2, Cl2, H2CrO4, N2O, Ag2O, OsO4, H2S2O8, 피리디늄 클로로크로메이트(pyridinium chlorochromate), 및 2,2'-디피리딜디설파이드(2,2'-Dipyridyldisulfide)로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 또한, 전이금속 복합체로서 산화상태와 환원상태의 화합물을 포함하는 혼합물인 경우, 산화 처리하여 산화상태의 전이금속 복합체 또는 산화상태의 전이금속 복합체의 염화합물을 제공할 수 있다. The transition metal complex in the oxidation-reduction polymer having a structure selected from Chemical Formulas 1 to 4 and Chemical Formulas 8 and 9 according to the present invention may specifically include an osmium complex, for example, a trivalent osmium complex and a divalent osmium complex. and preferably a compound in an oxidation state (a trivalent Os compound). The oxidizing agent used in the oxidation treatment of the present invention is not particularly limited, and specific examples include NaOCl, H 2 O 2 , O 2 , O 3 , PbO 2 , MnO 2 , KMnO 4 , ClO 2 , F 2 , Cl 2 , H 2 CrO 4 , N 2 O, Ag 2 O, OsO 4 , H 2 S 2 O 8 , pyridinium chlorochromate, and 2,2'-dipyridyldisulfide (2,2'-Dipyridyldisulfide) It may be at least one selected from the group consisting of. In addition, in the case of a mixture containing a compound in an oxidation state and a reduced state as a transition metal complex, oxidation treatment may be performed to provide a transition metal complex in an oxidation state or a salt compound of a transition metal complex in an oxidation state.

본 발명에 따른 전이금속 복합체는 염형태일 수 있으며, 염 화합물이 높은 용해도를 가지므로 더욱 바람직하다. 상기 염화합물은 Li염, Na염, K염, Rb염, Cs염 및 Fr염으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 알칼리금속의 염화합물일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The transition metal complex according to the present invention may be in the form of a salt, and since the salt compound has high solubility, it is more preferable. The salt compound may be a salt compound of at least one alkali metal selected from the group consisting of Li salt, Na salt, K salt, Rb salt, Cs salt and Fr salt, but is not limited thereto.

구체적인 실시예에서, 본 발명에 따른 산화-환원 중합체는 클릭 반응(Click reaction)에 의해 중합체 골격과 전이금속 복합체를 반응시켜 합성할 수 있다. 구체적으로 본 발명에 따른 산화-환원 중합체 중 화학식 1에 따른 화합물은 하기와 같은 아자이드-알킨 휘스겐 사이클로 부가반응(Azide-alkyne Huisgen cycloaddition)에 의해 제조될 수 있으며, 이를 반응식 1에 나타냈으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In a specific embodiment, the oxidation-reduction polymer according to the present invention can be synthesized by reacting the polymer backbone with the transition metal complex by a click reaction. Specifically, the compound according to Formula 1 among the oxidation-reduction polymers according to the present invention can be prepared by the following azide-alkyne Huisgen cycloaddition reaction, which is shown in Scheme 1, , but is not limited thereto.

[반응식 1][Scheme 1]

Figure 112018040412633-pat00010
Figure 112018040412633-pat00010

또한, 상기 화학식 2의 화합물은 다음과 같은 싸이올-엔 반응(Thiol-ene reaction)에 의해 제조될 수 있으며, 이를 반응식 2에 따라 나타낼 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the compound of Formula 2 may be prepared by the following thiol-ene reaction, and may be represented according to Scheme 2, but is not limited thereto.

[반응식 2][Scheme 2]

Figure 112018040412633-pat00011
Figure 112018040412633-pat00011

바람직하게, 상기 반응식 1 또는 2에 따라 산화-환원 중합체를 제조하기 위한 출발물질로서, 폴리비닐피리딘 또는 폴리비닐이미다졸을 기능화시켜 폴리비닐피리딘 또는 폴리비닐이미다졸 전구체로 할 수 있다. 이러한 기능화된 폴리비닐피리딘 또는 폴리비닐이미다졸 전구체는 각각 하기 화학식 10 또는 화학식 11의 구조를 갖는 것일 수 있다. Preferably, as a starting material for preparing the oxidation-reduction polymer according to Scheme 1 or 2, polyvinylpyridine or polyvinylimidazole may be functionalized to obtain a polyvinylpyridine or polyvinylimidazole precursor. The functionalized polyvinylpyridine or polyvinylimidazole precursor may have a structure represented by the following Chemical Formula 10 or Chemical Formula 11, respectively.

[화학식 10][Formula 10]

Figure 112018040412633-pat00012
Figure 112018040412633-pat00012

[화학식 11][Formula 11]

Figure 112018040412633-pat00013
Figure 112018040412633-pat00013

상기 고분자 전구체 구조에서 Ra 및 Rb 는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알코올기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬할로젠기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 싸이올기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 알킬아자이드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 30의 아릴아자이드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알키닐기로 이루어진 군으로부터 선택된다.In the polymer precursor structure, R a and R b are each independently a substituted or unsubstituted C 1 to C 10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 20 alcohol group, or substituted or unsubstituted C 1 to C 20 alkyl A halogen group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 thiol group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 alkylazide group, a substituted or unsubstituted C7 to C30 arylazide group, substituted or unsubstituted It is selected from the group consisting of a cyclic alkenyl group having 2 to 40 carbon atoms, and a substituted or unsubstituted alkynyl group having 2 to 40 carbon atoms.

상기 기능화된 폴리비닐피리딘 또는 폴리비닐이미다졸 전구체는 예를 들어 하기 반응식 3에 나타낸 바와 같이 합성할 수 있다.The functionalized polyvinylpyridine or polyvinylimidazole precursor may be synthesized, for example, as shown in Scheme 3 below.

[반응식 3][Scheme 3]

Figure 112018040412633-pat00014
Figure 112018040412633-pat00014

바람직하게, 상기 반응식 1 또는 2에 따라 산화-환원 중합체를 제조하기 위한 출발물질로서, 전이금속 복합체를 기능화시킬 수 있다. 이러한 기능화된 전이금속 복합체는 예를 들어 하기 반응식 4와 5에 나타낸 바와 같이 합성할 수 있다.Preferably, as a starting material for preparing an oxidation-reduction polymer according to Scheme 1 or 2, a transition metal complex may be functionalized. Such a functionalized transition metal complex can be synthesized, for example, as shown in Schemes 4 and 5 below.

[반응식 4][Scheme 4]

Figure 112018040412633-pat00015
Figure 112018040412633-pat00015

[반응식 5][Scheme 5]

Figure 112018040412633-pat00016
Figure 112018040412633-pat00016

따라서, 추가적인 하나의 양태로서, 본 발명은 하기의 단계를 포함하는 화학식 1 또는 2의 산화-환원 중합체의 제조방법에 관한 것이다:Accordingly, as a further aspect, the present invention relates to a method for preparing an oxidation-reduction polymer of Formula 1 or 2, comprising the steps of:

(i) 폴리비닐피리딘 또는 폴리이미다졸을 기능화 시켜 폴리비닐피리딘 전구체 혹은 폴리이미다졸 전구체를 제조하는 단계; (i) preparing a polyvinylpyridine precursor or a polyimidazole precursor by functionalizing polyvinylpyridine or polyimidazole;

(ii) 전이금속 복합체를 기능화시키는 단계; 및(ii) functionalizing the transition metal complex; and

(iii) 상기 단계 (i)에서 제조된 폴리비닐피리딘 전구체 혹은 폴리이미다졸 전구체 및 상기 단계 (ii)에서 제조된 기능화된 전이금속 복합체를 클릭 반응에 의해 반응시켜 상기 화학식 1 또는 2의 산화-환원 중합체를 제조하는 단계.(iii) oxidation-reduction of Formula 1 or 2 by reacting the polyvinylpyridine precursor or polyimidazole precursor prepared in step (i) and the functionalized transition metal complex prepared in step (ii) by a click reaction preparing the polymer.

상기 각 단계의 구체적인 양태는 앞서 설명한 바와 같다.Specific aspects of each step are as described above.

이러한 본 발명에 따른 산화-환원 중합체의 전이금속 복합체는 정확하고, 재현성있고, 신속하고 연속적으로 대상물질의 분석이 가능하게 할 뿐 아니라, 간이하고 경제적으로 높은 수율로 제조될 수 있고, 전이금속 유출로 인하여 발생할 수 있는 독성이나 부작용 문제가 현저하게 낮다는 장점을 갖는다. The transition metal complex of the oxidation-reduction polymer according to the present invention not only enables accurate, reproducible, rapid and continuous analysis of a target material, but also can be easily and economically prepared in high yield, and transition metal leakage It has the advantage of remarkably low toxicity or side effects that may occur due to this.

본 발명에 따른 산화-환원 중합체는 작동전극에 도포 또는 적층되거나 작동전극 주변에 위치(예를 들어 용액 내에서 전극을 둘러싸는 구조)하여 작동전극과 분석 대상물질 사이에서의 전자를 효소를 통하여 전달한다. 이러한 산화-환원 중합체는 전기화학적 바이오 센서 내에서 작동 전극상에 여과될 수 없는 코팅을 형성할 수 있다. The redox polymer according to the present invention transfers electrons between the working electrode and the analyte through an enzyme by being applied or laminated on the working electrode or positioned around the working electrode (eg, a structure surrounding the electrode in a solution). do. These redox polymers can form an impermeable coating on the working electrode in an electrochemical biosensor.

본 발명의 추가 일 양태는 액체성 생체시료를 산화환원시킬 수 있는 효소와 상기 산화-환원 중합체를 포함하는 전기화학적 바이오센서용 조성물에 관한 것이다. A further aspect of the present invention relates to an electrochemical biosensor composition comprising an enzyme capable of redoxing a liquid biological sample and the redox polymer.

산화환원효소는 생체의 산화환원반응을 촉매하는 효소를 총칭하는 것으로, 본 발명에서는 측정하고자 하는 대상물질, 예컨대 바이오센서의 경우에는 측정하고자 하는 대상물질과 반응하여 환원되는 효소를 의미한다. 이와 같이 환원된 효소는 전자 전달 매개체와 반응하며, 이 때 발생한 전류변화 등의 신호를 측정하여 대상물질을 정량하게 된다. 본 발명에 사용 가능한 산화환원효소는 각종 탈수소효소(dehydrogenase), 산화효소(oxidase), 에스테르화효소(esterase) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 것일 수 있으며, 산화환원 또는 검출 대상 물질에 따라서, 상기 효소 군에 속하는 효소들 중에서 상기 대상 물질을 기질로 하는 효소를 선택하여 사용할 수 있다. The oxidoreductase is a generic term for enzymes that catalyze the redox reaction of a living body. In the present invention, a target material to be measured, for example, a biosensor, refers to an enzyme that is reduced by reacting with the target material to be measured. The reduced enzyme reacts with the electron transfer mediator, and the target substance is quantified by measuring a signal such as a change in current generated at this time. The oxidoreductase usable in the present invention may be at least one selected from the group consisting of various dehydrogenases, oxidases, esterases, etc., depending on the redox or detection target substance, From among the enzymes belonging to the enzyme group, an enzyme having the target material as a substrate may be selected and used.

보다 구체적으로 상기 산화환원효소는 글루코오스탈수소효소(glucose dehydrogenase), 글루탐산탈수소효소(glutamate dehydrogenase), 글루코오스산화효소(glucose oxidase), 콜레스테롤산화효소(cholesterol oxidase), 콜레스테롤에스테르화효소(cholesterol esterase), 락테이트산화효소(lactate oxidase), 아스코르브산 산화효소(ascorbic acid oxidase), 알코올산화효소(alcohol oxidase), 알코올탈수소효소(alcohol dehydrogenase), 빌리루빈산화효소(bilirubin oxidase) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.More specifically, the oxidoreductase is glucose dehydrogenase, glutamate dehydrogenase, glucose oxidase, cholesterol oxidase, cholesterol esterase, rock. At least one selected from the group consisting of lactate oxidase, ascorbic acid oxidase, alcohol oxidase, alcohol dehydrogenase, bilirubin oxidase, etc. can

한편, 상기 산화환원효소는 측정하고자 하는 대상물질(예컨대, 대상물질)로부터 산화환원효소가 뺏어온 수소를 보관하는 역할을 하는 보조인자 (cofactor)를 함께 포함할 수 있는데, 예컨대, 플라빈 아데닌 디뉴클레오타티드 (flavin adenine dinucleotide, FAD), 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 (nicotinamide adenine dinucleotide, NAD), 피롤로퀴놀린 퀴논 (Pyrroloquinoline quinone, PQQ) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.On the other hand, the oxidoreductase may include a cofactor that serves to store the hydrogen taken by the oxidoreductase from the target substance to be measured (eg, the target substance), for example, flavin adenine dinu. It may be at least one selected from the group consisting of cleotatide (flavin adenine dinucleotide, FAD), nicotinamide adenine dinucleotide (NAD), and pyrroloquinoline quinone (PQQ).

예컨대, 혈중 글루코오스 농도를 측정하고자 하는 경우, 상기 산화환원효소로서 글루코오스 탈수소효소(glucose dehydrogenase, GDH)를 사용할 수 있으며, 상기 글루코오스 탈수소효소는 보조인자로서 FAD를 포함하는 플라빈아데닌디뉴클레오티드-글루코오스탈수소효소(flavin adenine dinucleotide- glucose dehydrogenase, FAD-GDH), 및/또는 보조인자로서 FAD-GDH를 포함하는 니코틴아미드아데닌디뉴클레오티드-글루코오스탈수소효소 (nicotinamide adenine dinucleotide- glucose dehydrogenase)일 수 있다. For example, when measuring blood glucose concentration, glucose dehydrogenase (GDH) can be used as the oxidoreductase, and the glucose dehydrogenase is a flavin adenine dinucleotide containing FAD as a cofactor-glucose dehydrogenase. It may be an enzyme (flavin adenine dinucleotide-glucose dehydrogenase, FAD-GDH), and/or nicotinamide adenine dinucleotide-glucose dehydrogenase containing FAD-GDH as a cofactor.

구체예에서, 상기 사용 가능한 산화환원효소는 FAD-GDH (예컨대, EC 1.1.99.10 등), NAD-GDH (예컨대, EC 1.1.1.47 등), PQQ-GDH (예컨대, EC1.1.5.2 등), 글루탐산탈수소효소 (예컨대, EC 1.4.1.2 등), 글루코오스산화효소 (예컨대, EC 1.1.3.4 등), 콜레스테롤산화효소 (예컨대, EC 1.1.3.6 등), 콜레스테롤에스테르화효소 (예컨대, EC 3.1.1.13 등), 락테이트산화효소 (예컨대, EC 1.1.3.2 등), 아스코빅산산화효소 (예컨대, EC 1.10.3.3 등), 알코올산화효소 (예컨대, EC 1.1.3.13 등), 알코올탈수소효소 (예컨대, EC 1.1.1.1 등), 빌리루빈산화효소 (예컨대, EC 1.3.3.5 등) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.In an embodiment, the usable oxidoreductase is FAD-GDH (eg, EC 1.1.99.10, etc.), NAD-GDH (eg, EC 1.1.1.47, etc.), PQQ-GDH (eg, EC1.1.5.2, etc.) , glutamic acid dehydrogenase (eg, EC 1.4.1.2, etc.), glucose oxidase (eg, EC 1.1.3.4, etc.), cholesterol oxidase (eg, EC 1.1.3.6, etc.), cholesterol esterase (eg, EC 3.1. 1.13, etc.), lactate oxidase (eg, EC 1.1.3.2, etc.), ascorbic acid oxidase (eg, EC 1.10.3.3, etc.), alcohol oxidase (eg, EC 1.1.3.13, etc.), alcohol dehydrogenase (eg , EC 1.1.1.1, etc.), bilirubin oxidase (eg, EC 1.3.3.5, etc.) may be at least one selected from the group consisting of.

본 발명에 따른 조성물은 산화환원효소 100 중량부를 기준으로 산화-환원 중합체 20 내지 700 중량부, 예컨대 60 내지 700 중량부 또는 30 내지 340 중량부를 함유할 수 있다. 상기 산화-환원 중합체의 함량은 산화환원효소의 활성도에 따라서 적절히 조절할 수 있다.The composition according to the present invention may contain 20 to 700 parts by weight of the redox polymer, such as 60 to 700 parts by weight or 30 to 340 parts by weight, based on 100 parts by weight of the oxidoreductase. The content of the oxidation-reduction polymer may be appropriately adjusted according to the activity of the oxidoreductase.

또한, 본 발명에 따른 조성물은 가교제를 더 포함할 수 있다. In addition, the composition according to the present invention may further include a crosslinking agent .

한편, 본 발명에 따른 조성물은 계면활성제, 수용성 고분자, 4차 암모늄염, 지방산, 점증제 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 시약 용해시의 분산제, 시약 제조시의 점착제, 장기 보관의 안정제 등의 역할을 위하여 추가로 포함할 수 있다.On the other hand, the composition according to the present invention contains one or more additives selected from the group consisting of surfactants, water-soluble polymers, quaternary ammonium salts, fatty acids, thickeners, etc. as a dispersant for dissolving reagents, adhesive for preparing reagents, stabilizers for long-term storage, etc. may be additionally included for the role of

상기 계면활성제는 조성물을 분주할 때 조성물이 전극위에서 골고루 퍼져서 균일한 두께로 분주되게 하는 역할을 하는 것일 수 있다. 상기 계면활성제로 트리톤 X-100 (Triton X-100), 소듐도데실설페이트 (sodium dodecyl sulfate), 퍼플루오로옥탄설포네이트 (perfluorooctane sulfonate), 소듐스테아레이트 (sodium stearate) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 시약 조성물은, 시약을 분주할 때 시약이 전극위에서 골고루 퍼져서 시약이 균일한 두께로 분주되게 하는 역할을 적절하게 수행하도록 하기 위하여, 상기 계면활성제를 산화환원효소 100 중량부를 기준으로 3 내지 25 중량부, 예컨대 10 내지 25 중량부의 양으로 함유할 수 있다. 예컨대, 활성도가 700 U/mg인 산화환원효소를 사용하는 경우 산화환원효소 100 중량부를 기준으로 계면활성제 10 내지 25 중량부를 함유할 수 있으며, 산화환원효소의 활성도가 이보다 높아지면, 계면활성제의 함량을 이보다 낮게 조절할 수 있다.The surfactant may serve to distribute the composition evenly over the electrode when dispensing the composition to be dispensed with a uniform thickness. 1 selected from the group consisting of Triton X-100, sodium dodecyl sulfate, perfluorooctane sulfonate, sodium stearate, etc. as the surfactant More than one species can be used. In the reagent composition according to the present invention, the surfactant is added to 100 parts by weight of the oxidoreductase in order to properly perform the role of dispensing the reagent evenly over the electrode and dispensing the reagent to a uniform thickness when dispensing the reagent. to 25 parts by weight, such as 10 to 25 parts by weight. For example, when using an oxidoreductase having an activity of 700 U/mg, 10 to 25 parts by weight of a surfactant may be contained based on 100 parts by weight of the oxidoreductase, and when the activity of the oxidoreductase is higher than this, the content of the surfactant can be adjusted lower than this.

상기 수용성 고분자는 시약 조성물의 고분자 지지체로서 효소의 안정화 및 분산(dispersing)을 돕는 역할을 수행하는 것일 수 있다. 상기 수용성 고분자로는 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone; PVP), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol; PVA), 폴리플루오로설포네이트(perfluoro sulfonate), 하이드록시에틸 셀룰로오즈(hydroxyethyl cellulose; HEC), 하이드록시프로필 셀룰로오즈(hydroxypropyl cellulose; HPC), 카르복시메틸 셀룰로오즈(carboxy methyl cellulose; CMC), 셀룰로오즈 아세테이트(cellulose acetate), 폴리아미드 (polyamide) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 시약 조성물은, 산화환원효소의 안정화 및 분산 (dispersing)을 돕는 역할을 충분하고 적절하게 발휘하도록 하기 위하여, 상기 수용성 고분자를 산화환원효소 100 중량부를 기준으로 10 내지 70 중량부, 예컨대 30 내지 70 중량부의 양으로 함유할 수 있다. 예컨대, 활성도가 700 U/mg인 산화환원효소를 사용하는 경우 산화환원효소 100 중량부를 기준으로 수용성 고분자 30 내지 70 중량부를 함유할 수 있으며, 산화환원효소의 활성도가 이보다 높아지면, 수용성 고분자의 함량을 이보다 낮게 조절할 수 있다.The water-soluble polymer may serve to assist in stabilizing and dispersing the enzyme as a polymer support of the reagent composition. As the water-soluble polymer, polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), polyfluorosulfonate (perfluoro sulfonate), hydroxyethyl cellulose (HEC), hydroxy At least one selected from the group consisting of propyl cellulose (hydroxypropyl cellulose; HPC), carboxy methyl cellulose (CMC), cellulose acetate, polyamide, and the like may be used. The reagent composition according to the present invention contains 10 to 70 parts by weight of the water-soluble polymer based on 100 parts by weight of the oxidoreductase, such It may be contained in an amount of 30 to 70 parts by weight. For example, when an oxidoreductase having an activity of 700 U/mg is used, it may contain 30 to 70 parts by weight of a water-soluble polymer based on 100 parts by weight of the oxidoreductase, and when the activity of the oxidoreductase is higher than this, the content of the water-soluble polymer can be adjusted lower than this.

상기 수용성 고분자는 지지체 및 효소의 안정화 및 분산 (dispersing)을 돕는 역학을 효과적으로 수행하기 위하여 중량평균분자량이 2,500 내지 3,000,000 정도, 예컨대, 5,000 내지 1,000,000 정도일 수 있다.The water-soluble polymer may have a weight average molecular weight of about 2,500 to 3,000,000, for example, about 5,000 to 1,000,000, in order to effectively perform a dynamic that helps stabilize and disperse the support and the enzyme.

상기 점증제는 시약을 전극에 견고하게 부착하도록 하는 역할을 한다. 상기 점증제로는 나트로졸, 디에틸아미노에틸-덱스트란 하이드로클로라이드 (DEAE-Dextran hydrochloride) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 전기화학적 센서는, 본 발명에 따른 산화-환원 중합체가 전극에 견고하게 부착되도록 하기 위하여, 상기 점증제를 산화환원효소 100 중량부를 기준으로 10 내지 90 중량부, 예컨대 30 내지 90 중량부의 양으로 함유할 수 있다. 예컨대, 활성도가 700 U/mg인 산화환원효소를 사용하는 경우 산화환원효소 100 중량부를 기준으로 점증제 30 내지 90 중량부를 함유할 수 있으며, 산화환원효소의 활성도가 이보다 높아지면, 점증제의 함량을 이보다 낮게 조절할 수 있다.The thickener serves to firmly attach the reagent to the electrode. As the thickener, at least one selected from the group consisting of natrozole, diethylaminoethyl-dextran hydrochloride (DEAE-Dextran hydrochloride), and the like may be used. In the electrochemical sensor according to the present invention, 10 to 90 parts by weight, such as 30 to 90 parts by weight, of the thickener based on 100 parts by weight of the oxidoreductase, in order for the redox polymer according to the present invention to be firmly attached to the electrode. It may contain in negative amounts. For example, when using an oxidoreductase having an activity of 700 U/mg, it may contain 30 to 90 parts by weight of a thickener based on 100 parts by weight of the oxidoreductase, and when the activity of the oxidoreductase is higher than this, the content of the thickener can be adjusted lower than this.

추가적인 양태로서, 본 발명은 상기 산화-환원 중합체를 포함하는 전기화학적 바이오센서를 제공한다. In a further aspect, the present invention provides an electrochemical biosensor comprising the redox polymer.

구체적으로, 상기 전기화학적 바이오센서의 종류에는 제한이 없으나, 바람직하게는 연속적인 혈당 모니터링 센서일 수 있다. Specifically, the type of the electrochemical biosensor is not limited, but may preferably be a continuous blood glucose monitoring sensor.

이러한 연속적인 혈당 모니터링 센서의 구성으로, 본 발명은, 예를 들어 전극, 절연체(insulator), 기판, 상기 산화-환원 중합체 및 산화환원효소를 포함하는 센싱 막(sensing layer), 확산 막(diffusion layer), 보호 막(protection layer) 등을 포함할 수 있다. 전극의 경우, 작동 전극 및 대향 전극과 같은 2종의 전극을 포함할 수도 있고, 작동 전극, 대향 전극 및 기준 전극과 같은 3종의 전극을 포함할 수도 있다. 일 구현예에서, 본 발명에 따른 바이오센서는, 적어도 두개, 바람직하게는 두개 또는 세개의 전극을 갖춘 기판에, 상기 화학식 1 또는 2를 갖는 산화-환원 중합체와 액체성 생체시료를 산화환원시킬 수 있는 효소를 포함하는 시약 조성물을 도포한 후 건조하여 제작한 전기화학적 바이오센서일 수 있다. 예를 들면, 전기화학적 바이오센서에 있어서 작동 전극 및 대향 전극이 기판의 서로 반대면에 구비되고, 상기 작동 전극 위에 본 발명에 따른 산화-환원 중합체가 포함되는 센싱 막이 적층되고, 작동 전극 및 대향 전극이 구비된 기판의 양쪽 면에 차례로 절연체, 확산막 및 보호막이 적층되는 것을 특징으로 하는 평면형 전기화학적 바이오센서가 제공된다. With the configuration of such a continuous blood glucose monitoring sensor, the present invention provides, for example, an electrode, an insulator, a substrate, a sensing layer including the redox polymer and a redox enzyme, and a diffusion layer ), a protection layer, and the like. In the case of the electrode, two types of electrodes such as a working electrode and a counter electrode may be included, and three types of electrodes such as a working electrode, a counter electrode and a reference electrode may be included. In one embodiment, the biosensor according to the present invention is capable of redoxing the redox polymer having Formula 1 or 2 and a liquid biological sample on a substrate having at least two, preferably two or three electrodes. It may be an electrochemical biosensor manufactured by applying a reagent composition containing an enzyme present and drying it. For example, in the electrochemical biosensor, a working electrode and a counter electrode are provided on opposite surfaces of a substrate, and a sensing film containing the redox polymer according to the present invention is laminated on the working electrode, the working electrode and the counter electrode There is provided a planar electrochemical biosensor characterized in that an insulator, a diffusion film and a protective film are sequentially stacked on both surfaces of the provided substrate.

구체적인 양태로서, 상기 기판은 PET(polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate) 및 PI(polyimide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 소재로 된 것일 수 있다. In a specific embodiment, the substrate may be made of one or more materials selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), and polyimide (PI).

또한, 작동 전극은 탄소, 금, 백금, 은 또는 은/염화은 전극을 사용할 수 있다. In addition, the working electrode may use a carbon, gold, platinum, silver or silver/silver chloride electrode.

또한, 2 전극을 갖는 전기화학적 바이오센서의 경우 대향 전극이 기준 전극의 역할까지 같이 하기 때문에, 대향 전극으로 금, 백금, 은 또는 은/염화은 전극을 사용할 수 있고, 기준 전극까지 포함하는 3 전극의 전기화학적 바이오센서의 경우, 기준 전극으로 금, 백금, 은 또는 은/염화은 전극을 사용할 수 있고, 대향 전극으로 탄소 전극을 사용할 수 있다. In addition, in the case of an electrochemical biosensor having two electrodes, since the counter electrode also serves as a reference electrode, a gold, platinum, silver, or silver/silver chloride electrode can be used as the counter electrode. In the case of the electrochemical biosensor, a gold, platinum, silver, or silver/silver chloride electrode may be used as a reference electrode, and a carbon electrode may be used as a counter electrode.

확산막으로는 Nafion, cellulose acetate, silicone rubber를 사용할 수 있으며, 보호막으로는 silicone rubber, polyurethane, polyurethane 기반 copolymer 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.Nafion, cellulose acetate, silicone rubber may be used as the diffusion film, and silicone rubber, polyurethane, polyurethane-based copolymer, etc. may be used as the protective film, but is not limited thereto.

제한되지 않은 예로서, 2 전극인 경우 대향전극이 기준전극의 역할까지 같이 하기 때문에 염화은 또는은이 사용 될 수 있으며, 3 전극일 경우 기준전극이 염화은 또는 은이 사용되고, 대향 전극은 탄소 전극을 사용할 수 있다. As a non-limiting example, in the case of two electrodes, silver chloride or silver chloride may be used because the counter electrode serves as a reference electrode, and in the case of three electrodes, silver chloride or silver is used as the reference electrode, and a carbon electrode may be used as the counter electrode. have.

본 발명에 따른 산화-환원 중합체는 생산시 공정 단계의 수가 적어 경제적이고, 전이금속 복합체의 고정화율이 증가되고 작용기 또는 링커의 도입이 용이하여 이를 적용한 전기화학적 바이오센서는 간편하며 검출이 신속하고 경제적이라는 장점이 있다. The oxidation-reduction polymer according to the present invention is economical due to the small number of process steps during production, the immobilization rate of the transition metal complex is increased, and the introduction of functional groups or linkers is easy. There is an advantage that

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오센서의 구조를 나타낸 도면이다. 1 is a view showing the structure of a biosensor according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples only illustrate the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following examples.

[실시예][Example]

제조예 1: [화학식 8]로 표시되는 산화-환원 중합체 화합물의 합성Preparation Example 1: Synthesis of oxidation-reduction polymer compound represented by [Formula 8]

1-1. 2,2'-바이이미다졸 합성1-1. 2,2'-biimidazole synthesis

Figure 112018040412633-pat00017
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500 mL의 3구 둥근 바닥 플라스크에 40% 글라이옥살(glyoxal) 수용액 79 mL (0.69 mol)를 넣고 0 oC로 냉각 후 암모늄아세테이트 370 mL (2.76 mol)를 드롭핑 깔때기를 통해 3시간 동안 온도 상승에 주의해가며(30 oC 이하) 천천히 적가하였다. 적가 종료 후 45~50 oC 에서 하룻밤 교반 후 상온으로 냉각하였다. 생성된 고체는 여과후 에틸레글리콜에 녹여 핫-필터 (hot-filter)로 정제해 최종적으로 2,2'-바이이미다졸을 얻었다. (10.1g, 수율: 33%)Put 79 mL (0.69 mol) of a 40% aqueous solution of glyoxal in a 500 mL three-necked round-bottom flask, and after cooling to 0 o C, 370 mL (2.76 mol) of ammonium acetate was added to the temperature through a dropping funnel for 3 hours. It was slowly added dropwise, paying attention to the rise ( below 30 o C). After completion of the dropwise addition , the mixture was stirred at 45-50 o C overnight and then cooled to room temperature. After filtration, the resulting solid was dissolved in ethyle glycol and purified by a hot-filter to finally obtain 2,2'-biimidazole. (10.1 g , yield: 33%)

1-2. N-메틸-2,2'-바이이미다졸 합성1-2. Synthesis of N-methyl-2,2'-biimidazole

Figure 112018040412633-pat00018
Figure 112018040412633-pat00018

250 mL의 3구 둥근 바닥 플라스크에 2,2'-바이이미다졸 2 g (15 mmol)을 넣고 무수디메틸포름아마이드 60 mL 에 녹인 후 0 oC로 냉각한다. 수소화소듐 0.6 g (15 mmol)을 온도 상승에 주의해가며 소량씩 넣는다. 이 혼합물은 0 oC에서 한 시간 동안 교반 후에 아이오도메탄 1 mL (15 mmol)를 실린지 펌프를 통해 천천히 적가한다. 적가 종료 후 상온에서 12시간 동안 교반한다. 최종 반응용액에 에틸아세테이트 100 mL를 넣고 생성된 요오드화소듐은 여과하여 제거한다. 여액은 감압농축하여 용매 제거 후 남은 고체는 에틸아세테이트와 헥산을 전개용매로 하여 컬럼크로마토그래피로 정제한다. 최종적으로 N-메틸-2,2'-바이이미다졸을 얻었다. (0.8 g, 수율: 37%)Put 2 g (15 mmol) of 2,2'-biimidazole in a 250 mL 3-neck round-bottom flask, dissolve in 60 mL of anhydrous dimethylformamide, and then cool to 0 o C. Sodium hydride 0.6 g (15 mmol) is added little by little while paying attention to the temperature rise. After stirring the mixture at 0 o C for 1 hour, 1 mL (15 mmol) of iodomethane is slowly added dropwise through a syringe pump. After completion of the dropwise addition, the mixture was stirred at room temperature for 12 hours. 100 mL of ethyl acetate is added to the final reaction solution, and the resulting sodium iodide is removed by filtration. The filtrate is concentrated under reduced pressure to remove the solvent, and the remaining solid is purified by column chromatography using ethyl acetate and hexane as developing solvents. Finally, N -methyl-2,2'-biimidazole was obtained. (0.8 g , yield: 37%)

1-3. N,N'-디메틸-2,2'-바이이미다졸 합성1-3. Synthesis of N,N'-dimethyl-2,2'-biimidazole

Figure 112018040412633-pat00019
Figure 112018040412633-pat00019

500 mL의 3구 둥근 바닥 플라스크에 2,2'-바이이미다졸 5 g (37 mmol)을 넣고 무수디메틸포름아마이드 60 mL 에 녹인 후 0 oC로 냉각한다. 수소화소듐 3 g (40 mmol)을 온도 상승에 주의해가며 소량씩 넣는다. 이 혼합물은 0 oC에서 한 시간 동안 교반 후에 아이오도메탄 2.5 mL (40 mmol)를 실린지 펌프를 통해 천천히 적가한다. 적가 종료 후 상온에서 24시간 동안 교반한다. 최종 반응용액에 물을 넣고 에틸아세테이트 (200 mL X 3) 와 함께 추출한 후 유기층은 모아서 황산마그네슘으로 건조한다. 유기층은 감압농축하여 용매 제거 후 에틸 아세테이트와 헥산을 전개용매로 하여 컬럼크로마토그래피로 정제한다. 최종적으로 N,N'-디메틸-2,2'-바이이미다졸을 얻었다. (5.1 g, 84%)Put 5 g (37 mmol) of 2,2'-biimidazole in a 500 mL three-necked round-bottom flask, dissolve in 60 mL of anhydrous dimethylformamide, and then cool to 0 o C. 3 g (40 mmol) of sodium hydride is added little by little while paying attention to the temperature rise. After stirring this mixture at 0 o C for 1 hour, 2.5 mL (40 mmol) of iodomethane is slowly added dropwise through a syringe pump. After completion of the dropwise addition, the mixture was stirred at room temperature for 24 hours. Water is added to the final reaction solution, and the mixture is extracted with ethyl acetate (200 mL X 3), and the organic layers are collected and dried over magnesium sulfate. The organic layer was concentrated under reduced pressure to remove the solvent, and then purified by column chromatography using ethyl acetate and hexane as developing solvents. Finally, N,N' -dimethyl-2,2'-biimidazole was obtained. (5.1 g , 84%)

1-4. 1-4. NN -부티닐--Butynyl- N'N' -메틸-2,2'-바이이미다졸 합성-Methyl-2,2'-biimidazole synthesis

Figure 112018040412633-pat00020
Figure 112018040412633-pat00020

100 mL의 3구 둥근 바닥 플라스크에 N-메틸-2,2'-바이이미다졸 1.5 g (10 mmol)을 넣고 질소하에서 무수디메틸포름아마이드 30 mL 에 녹인 후 수소화소듐 0.5 g (13 mmol)을 가한다. 이 혼합물은 상온에서 한 시간 동안 교반 후에 4-브로모-1-부틴 1.7 g (13 mmol)과 요오드화소듐 1.5 g (10 mmol) 을 넣는다. 반응용액은 질소하에서 80 oC로 가열하여 24 시간 동안 교반한다. 최종 반응용액은 상온으로 냉각 후 물 (100 mL)과 에틸아세테이트 (200 mL X 3) 와 함께 추출한 후 유기층은 모아서 황산마그네슘으로 건조한다. 유기층은 감압농축하여 용매 제거 하고 에틸 아세테이트와 헥산을 전개용매로 하여 컬럼크로마토그래피로 정제한다. 최종적으로 N-부티닐-N'-메틸-2,2'-바이이미다졸을 얻었다. (1.5 g, 74%) 1.5 g (10 mmol) of N -methyl-2,2'-biimidazole was placed in a 100 mL three-necked round-bottom flask, dissolved in 30 mL of anhydrous dimethylformamide under nitrogen, and 0.5 g (13 mmol) of sodium hydride was added. do. After stirring the mixture at room temperature for one hour, 1.7 g (13 mmol) of 4-bromo-1-butyne and 1.5 g (10 mmol) of sodium iodide are added. The reaction solution was heated to 80 o C under nitrogen and stirred for 24 hours. The final reaction solution is cooled to room temperature, extracted with water (100 mL) and ethyl acetate (200 mL X 3), and the organic layers are collected and dried over magnesium sulfate. The organic layer was concentrated under reduced pressure to remove the solvent, and purified by column chromatography using ethyl acetate and hexane as developing solvents. Finally, N -butynyl- N' -methyl-2,2'-biimidazole was obtained. (1.5 g , 74%)

1-5. [오스뮴(III)(1-5. [Osmium (III) ( N,N'N, N' -디메틸-2,2'-바이이미다졸)-dimethyl-2,2'-biimidazole) 22 (( NN -부티닐--Butynyl- N'N' -메틸-2,2'-바이이미다졸)](헥사플루오로포스핀)-Methyl-2,2'-biimidazole)] (hexafluorophosphine) 33 합성 synthesis

Figure 112018040412633-pat00021
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100 mL의 3구 둥근 바닥 플라스크에 환류응축기, 기체유입구 및 온도계를 장착하고 N,N'-디메틸-2,2'-바이이미다졸 2 g (13 mmol), 암모늄헥사클로로 오스메이트(IV) 3 g (6.5 mmol)과 50 mL 의 에틸렌글리콜을 질소하에서 140 oC로 24시간 동안 교반한다. N-부티닐-N'-메틸-2,2'-바이이미다졸 1.3 g (6.5 mmol)은 10 mL 의 에틸렌글리콜에 녹인 후 상기 반응혼합물에 실린지를 이용해 넣는다. 이 혼합물은 다시 질소하에서 140 oC로 24시간 동안 교반한다. 반응 종류후 반응혼합물은 상온으로 냉각하고 생성된 붉은색 잔여물을 여과하여 제거한다. 여액은 300 mL의 물로 묽힌 후에 AG1X4 클로라이드 레진을 넣고 공기중에서 충분히 산화시키기 위해 24시간 동안 교반한다. 상기 용액은 암모늄헥사플로오로포스핀 수용액에 적가하여 이온 교환된 금속 복합체를 침전물을 얻는다. 생성된 고체는 여과 후 물로 여러 번 씻어준 후 진공오븐에서 건조시켜 최종화합물 오스뮴(III) 복합체를 얻는다. (5 g, 67%)Equipped with a reflux condenser, gas inlet and thermometer in a 100 mL 3-neck round bottom flask, 2 g (13 mmol) of N,N' -dimethyl-2,2'-biimidazole, ammonium hexachloro osmate (IV) 3 g (6.5 mmol) and 50 mL of ethylene glycol were stirred under nitrogen at 140 ° C for 24 hours. 1.3 g (6.5 mmol) of N -butynyl- N' -methyl-2,2'-biimidazole is dissolved in 10 mL of ethylene glycol, and then put into the reaction mixture using a syringe. The mixture was again stirred at 140 ° C under nitrogen for 24 hours. After the reaction, the reaction mixture is cooled to room temperature, and the red residue produced is removed by filtration. After diluting the filtrate with 300 mL of water, add AG1X4 chloride resin and stir for 24 hours to sufficiently oxidize in air. The solution is added dropwise to an aqueous ammonium hexafluorophosphine solution to obtain a precipitate of an ion-exchanged metal complex. The resulting solid is filtered and washed several times with water, and then dried in a vacuum oven to obtain the final compound osmium (III) complex. (5 g , 67%)

1-6. 폴리(4-(2-아지도에틸)피리디늄)-1-6. Poly(4-(2-azidoethyl)pyridinium)- coco -(4-(2-아미노에틸)피리디늄)--(4-(2-aminoethyl)pyridinium)- coco -4-비닐피리딘) 합성-4-vinylpyridine) synthesis

Figure 112018040412633-pat00022
Figure 112018040412633-pat00022

250 mL의 3구 둥근 바닥 플라스크에 환류응축기, 기체유입구 및 온도계를 장착하고 폴리비닐피리딘 (poly(4-vinylpyridine): number average molecular weight: ~160,000 g/mol) 20 g을 150 mL의 디메틸포름아마이드에 녹인다. 이 용액에 1-아지도-2-브로모에탄 4.5 g (30 mmol)과 2-브로모에틸아민 6.0 g (30 mmol)을 넣는다. 이 용액은 기계식 교반기를 이용해 90 oC에서 24시간 동안 교반한다. 반응 종류 후 반응혼합물은 상온으로 냉각하고 에틸아세테이트 용액에 부어 침전물을 생성한다. 용매는 따라 버리고 생성된 고체는 메탄올 300 mL 에 다시 녹여 감압 농축한 후 (150 mL) 다시 디에틸에터에서 침전물을 생성한다. 생성된 고체는 진공오븐에서 건조시켜 폴리비닐피리딘 전구체를 얻는다. (27 g, 90%)Equipped with a reflux condenser, gas inlet and thermometer in a 250 mL three-necked round-bottom flask, add 20 g of poly(4-vinylpyridine): number average molecular weight: ~160,000 g/mol) to 150 mL of dimethylformamide melt in To this solution, 4.5 g (30 mmol) of 1-azido-2-bromoethane and 6.0 g (30 mmol) of 2-bromoethylamine are added. The solution is stirred at 90 o C for 24 hours using a mechanical stirrer. After the reaction, the reaction mixture is cooled to room temperature and poured into an ethyl acetate solution to form a precipitate. The solvent is discarded, and the resulting solid is dissolved again in 300 mL of methanol and concentrated under reduced pressure (150 mL) to form a precipitate again in diethyl ether. The resulting solid is dried in a vacuum oven to obtain a polyvinylpyridine precursor. (27 g , 90%)

1-7. 산화-환원 중합체 1 합성 [화학식 8] 1-7. Oxidation-reduction polymer 1 synthesis [Formula 8]

Figure 112018040412633-pat00023
Figure 112018040412633-pat00023

50 mL의 컬쳐튜브에 폴리(4-(2-아지도에틸)피리디늄)-co-(4-(2-아미노에틸) 피리디늄)-co-4-비닐피리딘) 0.5 g을 10 mL의 증류수에 녹인 후 5 mL의 디메틸포름아마이드에 녹인 [오스뮴(III)(N,N'-디메틸-2,2'-바이이미다졸)2(N-부티닐-N'-메틸-2,2'-바이이미다졸)](헥사플루오로포스핀)3 0.8 g을 넣는다. 반응혼합물에 구리(I) 촉매 (CuTc: Copper(I)thiophene carboxylate) 25 mg 을 넣고 상온에서 12시간 동안 교반한다. 반응 종류 후 반응혼합물은 에틸아세테이트 용액에 부어 침전물을 생성한다. 용매는 따라 버리고 생성된 고체는 아세토나이트릴 50 mL 에 다시 녹이고 AG1X4 클로라이드 레진과 물 (150 mL)을 넣어 24시간 동안 교반한다. 고분자 용액은 감압 농축한 후 (50 mL) 저분자량 (10,000 g/mol 이하)의 물질들을 제거하기 위해 투석 (dialysis)을 한다. 투석된 고분자 용액은 동결 건조하여 최종 산화-환원 중합체 1을 얻는다. (0.7 g)In culture tubes with 50 mL of poly (4- (2-O map ethyl) pyridinium) - co - (4- (2-aminoethyl) pyridinium) - -4- co-vinylpyridine) with distilled water of 10 g to 0.5 mL [Osmium (III) ( N,N' -dimethyl-2,2'-biimidazole) 2 ( N -butynyl- N' -methyl-2,2'- Biimidazole)] (hexafluorophosphine) 3 0.8 g is added. 25 mg of copper(I) catalyst (CuTc: Copper(I)thiophene carboxylate) was added to the reaction mixture and stirred at room temperature for 12 hours. After the reaction, the reaction mixture is poured into an ethyl acetate solution to form a precipitate. Discard the solvent, re-dissolve the resulting solid in 50 mL of acetonitrile, add AG1X4 chloride resin and water (150 mL), and stir for 24 hours. After the polymer solution is concentrated under reduced pressure (50 mL), dialysis is performed to remove substances of low molecular weight (10,000 g/mol or less). The dialyzed polymer solution is freeze-dried to obtain the final oxidation-reduction polymer 1. (0.7 g)

Claims (12)

하기 화학식 1, 2 및 4 중 어느 하나의 구조를 갖는, 전기화학적 바이오센서의 전자 전달 매개체용 산화-환원 중합체:
[화학식 1]
Figure 112021094674153-pat00024


[화학식 2]
Figure 112021094674153-pat00025


[화학식 4]
Figure 112021094674153-pat00027

상기 식에서,
M 은 Os, Rh, Ru, Ir, Fe 및 Co 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 전이금속이고;
상기 식에서, L1 및 L2는 서로 합쳐져 하기 화학식 5 내지 7로부터 선택되는 바이덴테이트 리간드를 형성하고;
L3 및 L4는 각각 서로 합쳐져 하기 화학식 5 내지 7로부터 선택되는 바이덴테이트 리간드를 형성하고;
L5 및 L6는 각각 서로 합쳐져 하기 화학식 5 내지 7로부터 선택되는 바이덴테이트 리간드를 형성하고;

[화학식 5]
Figure 112021094674153-pat00028


[화학식 6]
Figure 112021094674153-pat00029


[화학식 7]
Figure 112021094674153-pat00030

상기 R1, R2 및 R'1 은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알코올기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬할로젠기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 싸이올기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 알킬아자이드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 30의 아릴아자이드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알키닐기, 시아노기, 할로겐기, 중수소 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되고,
상기 R3 내지 R20은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알코올기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬할로젠기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 싸이올기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 알킬아자이드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 30의 아릴아자이드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 아릴알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알키닐기, 시아노기, 할로겐기, 중수소 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되고;
상기 Ad는 1차 및 2차 아민기, 암모늄기, 할로젠기, 에폭시기, 아자이드기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 싸이올기, 이소시아네이트, 알코올기, 실란기로 이루어진 군으로부터 선택되고;
상기 X는 반대 이온(counter ion)이고;
상기 a는 1 내지 15 의 정수이고;
상기 b는 1 내지 15 의 정수이고;
상기 c는 1 내지 15 의 정수이고;
상기 m은 10 내지 600 의 정수이고;
상기 n은 10 내지 600 의 정수이고;
상기 o는 0 내지 600 의 정수이다.
An oxidation-reduction polymer for an electron transport mediator of an electrochemical biosensor, having the structure of any one of the following formulas 1, 2 and 4:
[Formula 1]
Figure 112021094674153-pat00024


[Formula 2]
Figure 112021094674153-pat00025


[Formula 4]
Figure 112021094674153-pat00027

In the above formula,
M is one type of transition metal selected from the group consisting of Os, Rh, Ru, Ir, Fe and Co;
In the above formula, L1 and L2 are taken together to form a bidentate ligand selected from the following formulas 5 to 7;
L3 and L4 are each taken together to form a bidentate ligand selected from the following formulas 5 to 7;
L5 and L6 are each taken together to form a bidentate ligand selected from Formulas 5 to 7 below;

[Formula 5]
Figure 112021094674153-pat00028


[Formula 6]
Figure 112021094674153-pat00029


[Formula 7]
Figure 112021094674153-pat00030

Wherein R1, R2 and R'1 are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 alcohol group, or a substituted or unsubstituted C1 to C20 alkyl halogen group, a substituted or unsubstituted C1 to C20 thiol group, a substituted or unsubstituted C3 to C20 alkylazide group, a substituted or unsubstituted C7 to C30 arylazide group, a substituted or unsubstituted It is selected from the group consisting of an alkenyl group having 2 to 40 carbon atoms, a substituted or unsubstituted alkynyl group having 2 to 40 carbon atoms, a cyano group, a halogen group, deuterium and hydrogen,
R3 to R20 are each independently a substituted or unsubstituted C1 to C10 alkyl group, a substituted or unsubstituted C3 to C40 cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C50 aryl group, a substituted or unsubstituted A heteroaryl group having 3 to 50 carbon atoms, a substituted or unsubstituted C 1 to C 20 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 20 alcohol group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 20 alkyl halogen group , a substituted or unsubstituted C 1 to C 20 thiol group, a substituted or unsubstituted C 3 to C 20 alkylazide group, a substituted or unsubstituted C 7 to C 30 arylazide group, a substituted or unsubstituted C A 6 to 30 aryloxy group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 20 alkylamino group, a substituted or unsubstituted C 6 to C 30 arylamino group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 20 alkylsilyl group, substituted or An unsubstituted C6-C30 arylsilyl group, a substituted or unsubstituted C1-C50 arylalkylamino group, a substituted or unsubstituted C2-C40 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2-C40 alky selected from the group consisting of a nyl group, a cyano group, a halogen group, deuterium and hydrogen;
wherein Ad is selected from the group consisting of primary and secondary amine groups, ammonium groups, halogen groups, epoxy groups, azide groups, acrylate groups, alkenyl groups, alkynyl groups, thiol groups, isocyanates, alcohol groups, and silane groups;
wherein X is a counter ion;
wherein a is an integer from 1 to 15;
b is an integer from 1 to 15;
wherein c is an integer from 1 to 15;
wherein m is an integer from 10 to 600;
wherein n is an integer from 10 to 600;
and o is an integer from 0 to 600.
하기 화학식 8 또는 화학식 9의 구조를 갖는 것인, 전자 전달 매개체용 산화-환원 중합체:

[화학식 8]
Figure 112021153498120-pat00031


[화학식 9]
Figure 112021153498120-pat00032

상기 화학식 8 또는 9에서,
상기 m은 10 내지 600 의 정수이고;
상기 n은 10 내지 600 의 정수이고;
상기 o는 0 내지 600 의 정수이다.
An oxidation-reduction polymer for an electron transport mediator, having the structure of the following formula (8) or formula (9):

[Formula 8]
Figure 112021153498120-pat00031


[Formula 9]
Figure 112021153498120-pat00032

In Formula 8 or 9,
wherein m is an integer from 10 to 600;
wherein n is an integer from 10 to 600;
and o is an integer from 0 to 600.
(i) 폴리비닐피리딘 또는 폴리이미다졸을 기능화 시켜 폴리비닐피리딘 전구체 또는 폴리비닐이미다졸 전구체를 제조하는 단계;
(ii) 전이금속 복합체를 기능화시키는 단계; 및
(iii) 상기 단계 (i)에서 제조된 폴리비닐피리딘 전구체 또는 폴리비닐이미다졸 전구체, 및 상기 단계 (ii)에서 제조된 기능화된 전이금속 복합체를 클릭 반응에 의해 반응시켜 제1항 또는 제2항에 따른 산화-환원 중합체를 제조하는 단계를 포함하는, 제1항 또는 제2항에 따른 산화-환원 중합체의 제조방법:
(i) preparing a polyvinylpyridine precursor or a polyvinylimidazole precursor by functionalizing polyvinylpyridine or polyimidazole;
(ii) functionalizing the transition metal complex; and
(iii) reacting the polyvinylpyridine precursor or polyvinylimidazole precursor prepared in step (i), and the functionalized transition metal complex prepared in step (ii) by a click reaction to claim 1 or 2 A method for preparing a redox polymer according to claim 1 or 2, comprising the step of preparing the redox polymer according to claim 1 :
제 3 항에 있어서, 상기 단계 (iii)의 클릭 반응은 아자이드-알킨 휘스겐 사이클로어디션 반응(Azide-alkyne Huisgen cycloaddition) 또는 싸이올-엔 반응(Thiol-ene reaction)인 것인, 제조방법.The method according to claim 3, wherein the click reaction in step (iii) is an azide-alkyne Huisgen cycloaddition reaction (Azide-alkyne Huisgen cycloaddition) or a thiol-ene reaction (Thiol-ene reaction). . 액체성 생체시료를 산화환원시킬 수 있는 효소; 및
제1항 또는 제2항에 따른 산화-환원 중합체를 포함하는 전기화학적 바이오센서용 조성물.
an enzyme capable of redoxing a liquid biological sample; and
A composition for an electrochemical biosensor comprising the oxidation-reduction polymer according to claim 1 or 2.
제5항에 있어서, 상기 효소는
탈수소효소 (dehydrogenase), 산화효소 (oxidase), 및 에스테르화효소 (esterase)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 산화환원효소; 또는
탈수소효소, 산화효소, 및 에스테르화효소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 산화환원효소와 플라빈 아데닌 디뉴클레오타티드 (flavin adenine dinucleotide, FAD), 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 (nicotinamide adenine dinucleotide, NAD), 및 피롤로퀴놀린 퀴논 (Pyrroloquinoline quinone, PQQ)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 보조인자를 포함하는 것인, 조성물.
6. The method of claim 5, wherein the enzyme is
at least one oxidoreductase selected from the group consisting of dehydrogenase, oxidase, and esterase; or
One or more oxidoreductases selected from the group consisting of dehydrogenases, oxidases, and esterases, flavin adenine dinucleotide (FAD), nicotinamide adenine dinucleotide (NAD), And pyrroloquinoline quinone (Pyrroloquinoline quinone, PQQ) will include one or more cofactors selected from the group consisting of, the composition.
제5항에 있어서, 상기 효소는 플라빈아데닌디뉴클레오티드-글루코오스탈수소효소 (flavin adenine dinucleotide-glucose dehydrogenase, FAD-GDH), 및 니코틴아미드아데닌디뉴클레오티드-글루코오스탈수소효소 (nicotinamide adenine dinucleotide-glucose dehydrogenase)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 것인, 조성물.According to claim 5, wherein the enzyme is flavin adenine dinucleotide-glucose dehydrogenase (flavin adenine dinucleotide-glucose dehydrogenase, FAD-GDH), and nicotinamide adenine dinucleotide-glucose dehydrogenase (nicotinamide adenine dinucleotide-glucose dehydrogenase) One or more selected from the group consisting of, the composition. 제5항에 있어서, 계면활성제, 수용성 고분자, 및 점증제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제, 및 가교제를 추가로 포함하는, 조성물.The composition of claim 5, further comprising at least one additive selected from the group consisting of a surfactant, a water-soluble polymer, and a thickener, and a crosslinking agent. 제1항 또는 제2항에 따른 산화-환원 중합체를 포함하는 전기화학적 바이오센서.An electrochemical biosensor comprising the redox polymer according to claim 1 or 2. 제9항에 있어서, 상기 산화-환원 중합체 및 산화환원효소를 포함하는 센싱 막(sensing layer), 확산 막(diffusion layer), 보호 막(protection layer), 2종 이상의 전극, 절연체(insulator) 및 기판을 더 포함하는 것인, 전기화학적 바이오센서.The method according to claim 9, wherein a sensing layer, a diffusion layer, a protection layer, two or more kinds of electrodes, an insulator, and a substrate comprising the redox polymer and an oxidoreductase Which further comprises an electrochemical biosensor. 제10항에 있어서, 상기 전극은 작동 전극 및 대향 전극으로 이루어진 2 전극이거나 작동 전극, 대향 전극 및 기준 전극으로 이루어진 3 전극인 것인, 전기화학적 바이오센서.The electrochemical biosensor according to claim 10, wherein the electrode is a two-electrode consisting of a working electrode and a counter electrode or a three-electrode consisting of a working electrode, a counter electrode and a reference electrode. 제9항에 있어서, 상기 전기화학적 바이오센서는 혈당 센서인 것인, 전기화학적 바이오센서.The electrochemical biosensor of claim 9, wherein the electrochemical biosensor is a blood glucose sensor.
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