KR102399647B1 - Metal complex based on gallic acid-introduced copolymer and electrode comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물 및 이를 포함하는 전극에 관한 것으로, 본 발명에 따른 갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물을 바이오센서, 생체연료전지 등의 전극에 도포하는 전자전달매개체로 사용하면, 갈산이 도입되지 않은 종래의 폴리머 기반 금속 착물 대비 보다 증가된 신호, 안정적인 전류의 흐름, 전극과의 부착 안정성 향상 효과가 있으므로, 바이오센서, 생체연료전지 등에 적용할 수 있다.The present invention relates to a gallic acid-introduced copolymer-based metal complex and an electrode comprising the same. When the gallic acid-introduced copolymer-based metal complex according to the present invention is used as an electron transfer medium applied to electrodes such as biosensors and biofuel cells, Compared to the conventional polymer-based metal complex in which gallic acid is not introduced, it has an increased signal, stable current flow, and improved adhesion stability with an electrode, so it can be applied to a biosensor, a biofuel cell, and the like.

Description

갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물 및 이를 포함하는 전극{Metal complex based on gallic acid-introduced copolymer and electrode comprising the same}Metal complex based on gallic acid-introduced copolymer and electrode comprising the same

본 발명은 갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물 및 이를 포함하는 전극에 관한 것으로, 상기 전극은 바이오센서, 생체연료전지 등에 사용될 수 있다.The present invention relates to a gallic acid-introduced copolymer-based metal complex and an electrode comprising the same, and the electrode may be used in a biosensor, a biofuel cell, and the like.

전기화학적 바이오센서는 통상적으로 환경, 생물, 의학 등의 분야에 걸쳐 다양한 분석 대상을 검출하는 장치를 말하는 것으로, 대표적으로 글루코스, 콜레스테롤, 아미노산 등의 분석물을 사람의 체액으로부터 검출하는 바이오센서가 존재한다. The electrochemical biosensor generally refers to a device that detects various analytes in the field of environment, biology, medicine, etc., and there is a biosensor that detects analytes such as glucose, cholesterol, and amino acids from human body fluid. do.

현재, 상용화된 전기화학적 바이오센서는 전기적 신호를 변환할 수 있는 전극 위에 글루코스 산화 효소를 화학적 또는 물리적 방법으로 고정시킨 구조를 가진다. Currently, a commercialized electrochemical biosensor has a structure in which a glucose oxidase is immobilized on an electrode capable of converting an electrical signal by a chemical or physical method.

이러한 전기화학적 바이오센서는 분석물 내의 글루코스가 효소에 의해 산화되어 발생하는 전자를 전극에 전달하여 생성되는 전류를 측정함으로써 분석물 내의 글루코스 농도를 측정하는 원리에 의한 것이다. This electrochemical biosensor 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 the analyte is oxidized by an enzyme to the electrode.

그러나, 효소 전극을 이용하는 바이오센서의 경우, 효소의 활성 중심과의 거리가 너무 멀기 때문에 기질이 산화되어 발생되는 전자를 직접적으로 전극에 전달하는 것이 용이하지 않은 문제가 발생한다. 따라서 이러한 전자전달 반응을 용이하게 수행하기 위하여 산화/환원 매개체, 즉 전자전달 매개체가 필수적으로 요구된다. However, 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, an oxidation/reduction mediator, that is, an electron transport mediator, is essential to facilitate this electron transport reaction.

최근 일회용 바이오센서를 실시간 모니터링을 위해서 다회용 바이오센서로의 전환이 큰 각광을 받고 있다. 이를 실현하기 위해서는 종래의 단량체 전자전달 매개체 대신에 폴리머 계열의 전자전달체를 사용해야 한다. Recently, the conversion of a disposable biosensor to a multi-use biosensor for real-time monitoring has been in the spotlight. In order to realize this, a polymer-based electron transporter should be used instead of the conventional monomeric electron transport mediator.

오스뮴 폴리머는 다회용 바이오센서를 위한 적합한 후보로 알려져 있고, 많은 연구자들이 신규 오스뮴 폴리머에 대해서 연구중에 있으나, 보다 증가된 신호, 안정적인 전류의 흐름, 전극과의 부착 안정성 향상을 위한 기술개발이 요구 되고 있다.Osmium polymer is known as a suitable candidate for a multi-use biosensor, and many researchers are researching new osmium polymers, but technology development is required for increased signal, stable current flow, and improved adhesion stability with electrodes. there is.

공개특허공보 10-2020-0011110호Patent Publication No. 10-2020-0011110

본 발명의 목적은 갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물 또는 이의 염화물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a metal complex based on a gallic acid introduced copolymer or a chloride thereof.

본 발명의 다른 목적은 상기 갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for preparing the gallic acid-introduced copolymer-based metal complex.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물을 포함하는 산화환원반응용 시약 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a reagent composition for redox reaction comprising the gallic acid-introduced copolymer-based metal complex.

본 발명의 다른 목적은 산화환원반응용 시약 조성물이 도포된 전극을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an electrode coated with a reagent composition for redox reaction.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 전극을 포함하는 바이오센서를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a biosensor including the electrode.

본 발명의 다른 목적은 상기 전극을 포함하는 생체연료전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a biofuel cell including the electrode.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 생체연료전지를 포함하는 세포배양장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a cell culture device including the biofuel cell.

갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물 또는 이의 염화물Gallic acid introduced copolymer based metal complex or chloride thereof

본 발명은 카르복실기와 축합반응하여 결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 제1모노머;The present invention relates to a first monomer having a functional group capable of forming a bond by condensation reaction with a carboxyl group;

금속 착물과 배위결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 제2모노머;a second monomer having a functional group capable of forming a coordination bond with the metal complex;

상기 제1모노머의 작용기에 결합하는, 하기 화학식 1로 표시되는 갈산(Galic acid) 모이어티; 및a gallic acid moiety represented by the following Chemical Formula 1, which is bound to a functional group of the first monomer; and

상기 제2모노머의 작용기에 결합하는, 하기 화학식 2A로 표시되는 금속 착물 모이어티;를 포함하고,and a metal complex moiety represented by the following formula 2A, which is bonded to the functional group of the second monomer;

상기 갈산 모이어티는 제1모노머의 반복 유닛 중 일부에 도입되는 것을 특징으로 하고,wherein the gallic acid moiety is introduced into some of the repeating units of the first monomer,

상기 금속 착물 모이어티는 제2모노머의 반복 유닛 중 일부에 도입되는 것을 특징으로 하며,The metal complex moiety is characterized in that it is introduced into some of the repeating units of the second monomer,

상기 금속 착물 모이어티 및 갈산 모이어티의 당량비는 1:0.05-50인 것을 특징으로 하는,The equivalent ratio of the metal complex moiety and the gallic acid moiety is 1:0.05-50,

갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물 또는 이의 염화물을 제공한다.A metal complex based on a gallic acid introduced copolymer or a chloride thereof is provided.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112020108457438-pat00001
Figure 112020108457438-pat00001

[화학식 2A][Formula 2A]

Figure 112020108457438-pat00002
Figure 112020108457438-pat00002

(상기 화학식 2A에서,(In Formula 2A,

R1 내지 R4는 독립적으로 수소, C1-10의 직쇄 또는 측쇄 알킬, C1-10의 직쇄 또는 측쇄 알콕시, 할로겐, 카르복실 또는 아민이고, 바람직하게 상기 R1 내지 R4는 독립적으로 수소, C1-5의 직쇄 또는 측쇄 알킬, C1-5의 직쇄 또는 측쇄 알콕시, 할로겐, 카르복실 또는 아민이고;R 1 to R 4 are independently hydrogen, C 1-10 linear or branched alkyl, C 1-10 straight or branched alkoxy, halogen, carboxyl or amine, preferably R 1 to R 4 are independently hydrogen , C 1-5 straight-chain or branched alkyl, C 1-5 straight-chain or branched alkoxy, halogen, carboxyl or amine;

M은 오스뮴(Os), 루테늄(Ru) 또는 철(Fe)이고;M is osmium (Os), ruthenium (Ru) or iron (Fe);

X는 할로겐이다.)X is halogen.)

본 발명에 따른 갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물은 산화환원반응 전자전달매개체로서 사용될 수 있는데, 전기화학적 특성에 중요한 인자는 금속착물 모이어티와 갈산 모이어티의 당량비이다.The gallic acid-introduced copolymer-based metal complex according to the present invention can be used as an electron transport medium for redox reactions, and an important factor in electrochemical properties is the equivalent ratio of the metal complex moiety to the gallic acid moiety.

상기 금속 착물 모이어티 및 갈산 모이어티의 당량비는 1:0.05-50, 바람직하게는 1:0.1-30, 1:0.1-20, 1:0.2-10, 1:0.25-5, 특히 바람직하게는 1:0.3-0.7이다. 만약, 금속 착물 모이어티 대비 갈산 모이어티의 당량이 과하게 되면 전류의 신호 세기는 증가하지만 전류 안정성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 갈산 모이어티의 당량이 부족하면 종래 중합체 기반 금속 착물 대비 전류 신호 세기의 증가, 전류 안정성 증가, 전극과의 부착성 향상의 효과가 미미할 수 있다.The equivalent ratio of the metal complex moiety and the gallic acid moiety is 1:0.05-50, preferably 1:0.1-30, 1:0.1-20, 1:0.2-10, 1:0.25-5, particularly preferably 1 :0.3-0.7. If the equivalent of the gallic acid moiety is excessive compared to the metal complex moiety, the signal strength of the current increases but there may be a problem that current stability is lowered. The effect of increase of , increase of current stability, and improvement of adhesion with the electrode may be insignificant.

참조로, 공중합체의 주쇄(main chain)를 구성하는 상기 제1모노머 및 제2모노머의 비율은 자유롭게 설정하여도 전기화학적 특성에는 큰 영향을 주지 않는데, 이는 제1모노머의 반복 유닛 일부에만 갈산 모이어티가 도입되고, 또한 제2모노머의 반복 유닛 일부에만 금속 착물 모이어티가 도입되기 때문이다. 이에, 상기 제1모노머 및 제2모노머의 비율은 당업자가 수율 등을 고려하여 적절히 설정하여 제조할 수 있다.For reference, the ratio of the first monomer and the second monomer constituting the main chain of the copolymer does not significantly affect the electrochemical properties even if freely set, which is a gallic acid moiety only in part of the repeating unit of the first monomer This is because the t is introduced, and also the metal complex moiety is introduced into only a portion of the repeating units of the second monomer. Accordingly, the ratio of the first monomer and the second monomer may be appropriately set by those skilled in the art in consideration of the yield and the like.

상기 제1모노머는 아크릴아마이드, 아크릴산, 메타아크릴산, 비닐아세테이트 등을 사용할 수 있다.The first monomer may be acrylamide, acrylic acid, methacrylic acid, vinyl acetate, or the like.

상기 제2모노머는 비닐이미다졸, 비닐피롤리돈, 비닐피리딘, 아크릴산-아미노메틸피리딘(acrylic acid-aminomethylpyridine), 알릴아민-브로모메틸피리딘(allylamine)-bromomethylpyridine) 등을 사용할 수 있다.The second monomer may be vinylimidazole, vinylpyrrolidone, vinylpyridine, acrylic acid-aminomethylpyridine, allylamine-bromomethylpyridine (allylamine)-bromomethylpyridine) or the like.

상기 화학식 2로 표시되는 금속 착물은 산화전극용 효소 또는 환원전극용 효소와 반응하는 전자전달 매개체로서 작용하며, 당업계에서 통상적으로 사용되는 오스뮴 착물, 루테늄 착물, 철 착물 등을 모두 사용할 수 있다. 구체적으로, Os(디메톡시-비피리딘)2Cl2, Os(디클로로-비피리딘)2Cl2, Os(디메틸-비피리딘)2Cl2, Os(디카르복실-비피리딘)2Cl2, Os(디아민-비피리딘)2Cl2, Ru(디메톡시-비피리딘)2Cl2, Ru(디클로로-비피리딘)2Cl2, Ru(디메틸-비피리딘)2Cl2, Ru(디카르복실-비피리딘)2Cl2, Ru(디아민-비피리딘)2Cl2, Fe(디메톡시-비피리딘)2Cl2, Fe(디클로로-비피리딘)2Cl2, Fe(디메틸-비피리딘)2Cl2, Fe(디카르복실-비피리딘)2Cl2, Fe(디아민-비피리딘)2Cl2 등을 사용할 수 있고, 본 발명에서는 일례로 Os(디메톡시-비피리딘)2Cl2을 사용하였다. 상기 금속 착물에서 염소(Cl) 1개가 빠진 자리에 제2모노머의 작용기가 배위결합을 형성할 수 있다.The metal complex represented by Formula 2 acts as an electron transfer mediator reacting with an enzyme for an anode or an enzyme for a cathode, and osmium complex, ruthenium complex, iron complex, etc. commonly used in the art may be used. Specifically, Os(dimethoxy-bipyridine) 2 Cl 2 , Os(dichloro-bipyridine) 2 Cl 2 , Os(dimethyl-bipyridine) 2 Cl 2 , Os(dicarboxyl-bipyridine) 2 Cl 2 , Os(diamine-bipyridine) 2 Cl 2 , Ru(dimethoxy-bipyridine) 2 Cl 2 , Ru(dichloro-bipyridine) 2 Cl 2 , Ru(dimethyl-bipyridine) 2 Cl 2 , Ru(dicarboxyl -bipyridine) 2 Cl 2 , Ru (diamine-bipyridine) 2 Cl 2 , Fe (dimethoxy-bipyridine) 2 Cl 2 , Fe (dichloro-bipyridine) 2 Cl 2 , Fe (dimethyl-bipyridine) 2 Cl 2 , Fe (dicarboxyl-bipyridine) 2 Cl 2 , Fe (diamine-bipyridine) 2 Cl 2 and the like can be used, and in the present invention, as an example, Os (dimethoxy-bipyridine) 2 Cl 2 is used did In the metal complex, a functional group of the second monomer may form a coordination bond at a position where one chlorine (Cl) is omitted.

바람직하게, 상기 갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물일 수 있다.Preferably, the gallic acid-introduced copolymer-based metal complex may be a compound represented by the following formula (3).

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112020108457438-pat00003
Figure 112020108457438-pat00003

(상기 화학식 3에서,(In Formula 3,

n 및 m은 각각 1-100,000의 정수이고;n and m are each an integer from 1-100,000;

Fn1

Figure 112020108457438-pat00004
또는
Figure 112020108457438-pat00005
이고;Fn 1 is
Figure 112020108457438-pat00004
or
Figure 112020108457438-pat00005
ego;

Fn2

Figure 112020108457438-pat00006
또는
Figure 112020108457438-pat00007
이고,Fn 2 is
Figure 112020108457438-pat00006
or
Figure 112020108457438-pat00007
ego,

R1 내지 R4는 각각 수소, C1-10의 직쇄 또는 측쇄 알킬, C1-10의 직쇄 또는 측쇄 알콕시, 할로겐, 카르복실 또는 아민이고, 바람직하게 상기 R1 내지 R4는 독립적으로 수소, C1-5의 직쇄 또는 측쇄 알킬, C1-5의 직쇄 또는 측쇄 알콕시, 할로겐, 카르복실 또는 아민이고,R 1 to R 4 are each hydrogen, C 1-10 linear or branched alkyl, C 1-10 straight or branched alkoxy, halogen, carboxyl or amine, preferably R 1 to R 4 are independently hydrogen, C 1-5 straight-chain or branched alkyl, C 1-5 straight-chain or branched alkoxy, halogen, carboxyl or amine;

M은 오스뮴(Os), 루테늄(Ru) 또는 철(Fe)이고,M is osmium (Os), ruthenium (Ru) or iron (Fe),

X는 할로겐이다).X is halogen).

제조방법Manufacturing method

본 발명은 카르복실기와 축합반응하여 결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 제1모노머와 금속 착물과 배위결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 제2모노머를 중합하여 공중합체를 얻는 단계(단계 1);The present invention comprises the steps of polymerizing a first monomer having a functional group capable of forming a bond by condensation reaction with a carboxyl group and a second monomer having a functional group capable of forming a coordination bond with a metal complex to obtain a copolymer (step 1);

상기 단계 1에서 얻은 공중합체와 하기 화학식 2B로 표시되는 금속 착물을 반응시키는 단계(단계 2); 및reacting the copolymer obtained in step 1 with the metal complex represented by the following formula 2B (step 2); and

상기 단계 2에서 얻은 반응물과 갈산을 반응시키는 단계(단계 3);를 포함하고,Including; reacting the reactant obtained in step 2 with gallic acid (step 3);

상기 금속 착물 모이어티 및 갈산 모이어티의 당량비는 1:0.05-50인 것을 특징으로 하는,The equivalent ratio of the metal complex moiety and the gallic acid moiety is 1:0.05-50,

갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물의 제조방법을 제공한다.Provided is a method for preparing a metal complex based on a gallic acid-introduced copolymer.

[화학식 2B][Formula 2B]

Figure 112020108457438-pat00008
Figure 112020108457438-pat00008

(상기 화학식 2B에서,(In Formula 2B,

R1 내지 R4는 독립적으로 수소, C1-10의 직쇄 또는 측쇄 알킬, C1-10의 직쇄 또는 측쇄 알콕시, 할로겐, 카르복실 또는 아민이고, 바람직하게 상기 R1 내지 R4는 독립적으로 수소, C1-5의 직쇄 또는 측쇄 알킬, C1-5의 직쇄 또는 측쇄 알콕시, 할로겐, 카르복실 또는 아민이고;R 1 to R 4 are independently hydrogen, C 1-10 linear or branched alkyl, C 1-10 straight or branched alkoxy, halogen, carboxyl or amine, preferably R 1 to R 4 are independently hydrogen , C 1-5 straight-chain or branched alkyl, C 1-5 straight-chain or branched alkoxy, halogen, carboxyl or amine;

M은 오스뮴(Os), 루테늄(Ru) 또는 철(Fe)이고;M is osmium (Os), ruthenium (Ru) or iron (Fe);

X는 할로겐이다.)X is halogen.)

상기 단계 1은 물, C1-3 알콜, 에틸렌글리콜, 이의 혼합액 등을 용매로 사용할 수 있고,In step 1, water, C 1-3 alcohol, ethylene glycol, a mixture thereof, etc. may be used as a solvent,

상기 단계 2는 물, C1-3 알콜, 에틸렌글리콜, 이의 혼합액 등을 용매로 사용할 수 있으며,In step 2, water, C 1-3 alcohol, ethylene glycol, a mixture thereof, etc. may be used as a solvent,

상기 단계 3은 MES (2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid) 버퍼, PBS (Phosphate buffered saline), Tris ((hydroxymethyl)aminomethane) 버퍼, 이의 혼합액 등을 용매로 사용할 수 있다.In step 3, MES (2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid) buffer, PBS (Phosphate buffered saline), Tris ((hydroxymethyl)aminomethane) buffer, a mixture thereof, etc. may be used as a solvent.

상기 단계 1은 촉매로서 TEME (N,N,N',N'-tetramethyl ethylenediamin), 과황산 암모늄 (ammonium persulfate) 등을 추가로 사용할 수 있고,In step 1, TEME (N,N,N',N'-tetramethyl ethylenediamin), ammonium persulfate, etc. may be additionally used as a catalyst,

상기 단계 2는 촉매로서 염산 (HCl), 질산(HNO3), 황산(H2SO4) 등을 추가로 사용할 수 있고,In step 2, hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), etc. may be additionally used as a catalyst,

상기 단계 3은 촉매로서 EDC (1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide), NHS (N-hydroxy succinimide) 등을 추가로 사용할 수 있다.In step 3, EDC (1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide), NHS (N-hydroxy succinimide), etc. may be additionally used as a catalyst.

산화환원반응용 시약 조성물Reagent composition for redox reaction

본 발명은 전자전달매개체로서 제1항의 갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물 또는 이의 염화물; 및 산화환원효소;를 포함하는, 산화환원반응용 시약 조성물을 제공한다.The present invention relates to a metal complex or a chloride thereof based on the gallic acid introduced copolymer of claim 1 as an electron transport medium; and an oxidoreductase; provides a reagent composition for a redox reaction, including.

상기 산화환원효소는,The oxidoreductase is

글루코스 산화효소(glucose oxidase; GOX 또는 GOD), 글루코스 탈수소화효소(glucose dehydrogenase; GDH), 젖산 산화효소(uricase; UOX), 젖산 탈수소화효소(lactate dehydrogenase; LDH), 갈락토오스 산화효소(galactose oxidase; GAOX), 셀로비오스 탈수소화효소(cellobiose dehydrogenase; CDH), 프락토스 탈수소화효소(fructose dehydrogenase), 알콜 탈수소화효소(alcohol dehydrogenase; ADH), 알데하이드 탈수소화효소(aldehyde dehydrogenase; ALDH), 포름산 탈수소화효소(formate dehydrogenase), 옥살산 탈수소화효소(oxalate oxidase), 파이루베이트 탈수소화효소(pyruvate dehydrogenase; PDH), 막결합 수소화효소(membrane-bound hydrogenase; MBH) 등의 산화전극용 효소; 및glucose oxidase (GOX or GOD), glucose dehydrogenase (GDH), lactate oxidase (uricase; UOX), lactate dehydrogenase (LDH), galactose oxidase; GAOX), cellobiose dehydrogenase (CDH), fructose dehydrogenase, alcohol dehydrogenase (ADH), aldehyde dehydrogenase (ALDH), formic acid dehydrogenase enzymes for oxidation electrodes, such as formate dehydrogenase, oxalate oxidase, pyruvate dehydrogenase (PDH), and membrane-bound hydrogenase (MBH); and

빌리루빈 산화효소(bilirubin oxidase; BOD), 라케이즈(Laccase), 퍼록시다이제(horseradish peroxidase; HRP), 카탈라아제(catalase; CAT), 시토크롬 c(cytochrome c; CYCS), 시토크롬 산화효소 (cytochrome oxidase; COX), 마이크로과산화효소(microperoxidase; MP-11) 등의 환원전극용 효소; 중에서 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.Bilirubin oxidase (BOD), Laccase, horseradish peroxidase (HRP), catalase (CAT), cytochrome c (CYCS), cytochrome oxidase; COX) and enzymes for reduction electrodes, such as microperoxidase (MP-11); It can be used individually or in mixture of 2 or more types.

상기 조성물은, 폴리에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르, 폴리(도파민), 폴리(비닐피리딘), 폴리(비닐이미다졸), 폴리(아크릴아미드), 폴리(에틸렌글리콜), 폴리(에틸렌이민), 폴리비닐피롤리돈, 나피온 등의 가교제를 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 더 포함할 수 있다.The composition is polyethylene glycol diglycidyl ether, poly (dopamine), poly (vinyl pyridine), poly (vinylimidazole), poly (acrylamide), poly (ethylene glycol), poly (ethyleneimine), poly A crosslinking agent such as vinylpyrrolidone or Nafion may be further included alone or in a mixture of two or more.

전극electrode

본 발명은 산화환원반응용 시약 조성물이 도포된 것을 특징으로 하는, 전극을 제공한다.The present invention provides an electrode, characterized in that the reagent composition for redox reaction is applied.

상기 전극은 산화전극 또는 환원전극일 수 있다.The electrode may be an anode or a cathode.

상기 전극은 카본블랙, 탄소나노튜브, 그래핀, 그래파이트, 금, 은, 구리, 백금, 철, 또는 이의 복합물을 포함하는 전극일 수 있다.The electrode may be an electrode including carbon black, carbon nanotubes, graphene, graphite, gold, silver, copper, platinum, iron, or a composite thereof.

바이오센서biosensor

본 발명은 상기 전극을 포함하는, 바이오센서를 제공한다.The present invention provides a biosensor comprising the electrode.

바이오센서는 공지의 구성을 모두 사용할 수 있으며, 전극만 본 발명에 따른 전극으로 대체한 것을 특징으로 한다.The biosensor may use any known configuration, and only the electrode is replaced with the electrode according to the present invention.

상기 바이오센서는 시료에서 글루코스, 콜레스테롤, 도파민, DNA, RNA, 아미노산 등을 단독으로 또는 2종 이상을 동시에 센싱할 수 있다.The biosensor can sense glucose, cholesterol, dopamine, DNA, RNA, amino acids, etc. alone or two or more types simultaneously in the sample.

생체연료전지biofuel cell

본 발명은 상기 전극을 포함하는, 생체연료전지를 제공한다.The present invention provides a biofuel cell comprising the electrode.

생체연료전지는 공지의 구성을 모두 사용할 수 있으며, 전극만 본 발명에 따른 전극으로 대체한 것을 특징으로 한다.The biofuel cell can use any known configuration, and is characterized in that only the electrode is replaced with the electrode according to the present invention.

세포배양장치cell culture device

본 발명은 상기 생체연료전지를 포함하는, 세포배양장치를 제공한다.The present invention provides a cell culture device comprising the biofuel cell.

상기 세포배양장치는 공지의 구성을 모두 사용할 수 있으며, 전극만 본 발명에 따른 전극으로 대체한 것을 특징으로 한다.The cell culture apparatus can use any known configuration, it is characterized in that only the electrode is replaced with the electrode according to the present invention.

본 발명에 따른 갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물을 바이오센서, 생체연료전지 등의 전극에 도포하는 전자전달매개체로 사용하면, 갈산이 도입되지 않은 종래의 폴리머 기반 금속 착물 대비 보다 증가된 신호 세기, 안정적인 전류의 흐름, 전극과의 부착 안정성 향상 효과가 있다.When the gallic acid-introduced copolymer-based metal complex according to the present invention is used as an electron transport medium applied to electrodes such as biosensors and biofuel cells, increased signal strength and stable There is an effect of improving the stability of the current flow and adhesion to the electrode.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 갈산 도입 공중합체 기반 오스뮴 착물의 제조과정 반응식이다.
도 2는 PAA-PVI 공중합체에서 PAA 비율에 따른 1H NMR 데이터로서, PAA 모노머 비율이 증가할수록 6.8 ppm 부근 비율 대비 6.4 ppm 부근 수소 비율이 증가하는 것으로 나타나, PAA 모노머 비율의 증가로 인한 수소 농도 비율이 증가함을 알 수 있다.
도 3은 갈산을 도입하기 전 상태인 PAA-PVI 공중합체 기반 오스뮴 착물의 산화환원 전위를 확인한 Cyclic voltammetry 결과로서, 0.0V (vs. Ag/AgCl)에서 산화환원 전위의 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 갈산 도입 공중합체 기반 오스뮴 착물의 산화환원 전위를 확인한 Cyclic voltammetry 결과로서, 0.0 V (vs. Ag/AgCl)에서 산화환원 전위의 특성을 갖는 것을 확인하여, 도 3과 비교하여 보았을 때 갈산 도입에 따른 전위 변화는 없는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 갈산(GA) 도입 비율을 달리하여 제조한 공중합체 기반 오스뮴 착물의 1H NMR 데이터로서, 오스뮴 착물 1 당량 대비 갈산(GA)의 비율이 0에서 0.5, 50 당량으로 늘어날수록 NMR 피크의 1.6과 2.2 ppm 부근의 수소 비율의 차이가 순차적으로 변화하는 것을 보고 PAA-PVI 공중합체의 PAA 모노머에 갈산이 공유결합을 형성하였음을 확인할 수 있다.
도 6은 갈산(GA) 도입 비율을 달리하여 제조한 공중합체 기반 오스뮴 착물의 FT-IR 데이터로서, 3300~3400에서 나타나는 OH의 넓은 밴드가 오스뮴 착물 1 당량 대비 갈산(GA)의 비율이 0에서 0.5, 50 당량으로 늘어남에 따라 커지는 것을 보고 PAA-PVI 공중합체의 PAA 모노머에 갈산이 공유결합을 형성하였음을 확인할 수 있다.
도 7 내지 9는 오스뮴 착물 1 당량 대비 갈산(GA)의 비율이 0에서 0.5, 50 당량으로 제조한 실시예 1의 갈산 도입 공중합체 기반 오스뮴 착물을 도포한 전극에서 포도당 농도에 따른 감응 선형도를 나타낸 결과이다.
도 10은 갈산 도입 비율에 따른 전류 신호 증가 및 안정성을 평가하기 위하여 1시간 동안의 전류값 변화를 비교한 current-time amperometry 결과로서, 갈산(GA)이 도입되지 않은 공중합체 기반 오스뮴 착물(종래 물질에 대응함)보다 0.5 당량비의 갈산 도입 공중합체 기반 오스뮴 착물이 도포된 전극이 약 2배 이상의 전류신호 세기를 나타냄과 동시에 1시간 동안 전류의 세기가 일정하게 안정적임을 확인할 수 있고, 또한 50 당량비의 갈산 도입 공중합체 기반 오스뮴 착물이 도포된 전극에서는 높은 신호를 보여주었지만 1시간 동안 전류신호가 지속적으로 감소하며 안정적이지 않은 결과를 보여주어, 적정한 갈산(GA)의 농도가 중요함을 알 수 있다.
도 11은 갈산 도입 비율에 따른 전극 부착 안정성을 평가하기 위하여 전극을 물로 세척한 다음 전류신호를 측정한 결과로서, 갈산(GA)이 도입되지 않은 공중합체 기반 오스뮴 착물(종래 물질에 대응함)이 도포된 전극 대비 0.5 당량비의 갈산 도입 공중합체 기반 오스뮴 착물이 도포된 전극의 전류 세기가 약 10% 이상 높게 나타나, 전극 부착 안정성이 향상됨을 확인할 수 있다.
1 is a reaction scheme for the preparation of a gallic acid-introduced copolymer-based osmium complex according to Example 1 of the present invention.
Figure 2 is 1 H NMR data according to the PAA ratio in the PAA-PVI copolymer, it appears that as the PAA monomer ratio increases, the hydrogen ratio near 6.4 ppm compared to the ratio near 6.8 ppm increases, the hydrogen concentration due to the increase in the PAA monomer ratio It can be seen that the ratio increases.
3 is a cyclic voltammetry result confirming the redox potential of the PAA-PVI copolymer-based osmium complex in the state before the introduction of gallic acid, it can be confirmed that it has the characteristics of the redox potential at 0.0V (vs. Ag/AgCl). .
4 is a cyclic voltammetry result confirming the oxidation-reduction potential of the gallic acid-introduced copolymer-based osmium complex according to the Example, confirming that it has a characteristic of the redox potential at 0.0 V (vs. Ag/AgCl), compared with FIG. 3 It can be seen that there is no potential change due to the introduction of gallic acid.
5 is 1 H NMR data of a copolymer-based osmium complex prepared by varying the gallic acid (GA) introduction ratio. As the ratio of gallic acid (GA) to 1 equivalent of the osmium complex increases from 0 to 0.5 to 50 equivalents, the NMR peak It can be confirmed that gallic acid formed a covalent bond in the PAA monomer of the PAA-PVI copolymer by seeing that the difference in hydrogen ratio around 1.6 and 2.2 ppm changes sequentially.
6 is FT-IR data of a copolymer-based osmium complex prepared by varying the gallic acid (GA) introduction ratio. A broad band of OH appearing in 3300 to 3400 shows that the ratio of gallic acid (GA) to 1 equivalent of the osmium complex is 0 to It can be confirmed that gallic acid forms a covalent bond in the PAA monomer of the PAA-PVI copolymer by looking at the increase as it increases to 0.5 and 50 equivalents.
7 to 9 show the linearity of the response according to the glucose concentration in the electrode coated with the gallic acid-introduced copolymer-based osmium complex of Example 1, wherein the ratio of gallic acid (GA) to 1 equivalent of the osmium complex is 0 to 0.5 and 50 equivalents. is the indicated result.
10 is a current-time amperometry result comparing the current value change for 1 hour in order to evaluate the current signal increase and stability according to the gallic acid introduction ratio, a copolymer-based osmium complex (conventional material) in which gallic acid (GA) is not introduced. Corresponding to), it can be confirmed that the electrode coated with the osmium complex based on the gallic acid-introduced copolymer of 0.5 equivalent ratio exhibits about twice the current signal intensity and at the same time the intensity of the current is constantly stable for 1 hour, and also the 50 equivalent ratio of gallic acid The electrode coated with the introduced copolymer-based osmium complex showed a high signal, but the current signal continuously decreased for 1 hour and showed unstable results, suggesting that an appropriate gallic acid (GA) concentration is important.
11 is a result of measuring the current signal after washing the electrode with water in order to evaluate the electrode adhesion stability according to the gallic acid introduction ratio, a copolymer-based osmium complex (corresponding to the conventional material) in which gallic acid (GA) is not introduced is applied The current strength of the electrode coated with the gallic acid-introduced copolymer-based osmium complex of 0.5 equivalent ratio compared to that of the used electrode was about 10% higher or more, confirming that the electrode attachment stability was improved.

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

<실시예 1> 갈산 도입 공중합체 기반 오스뮴 착물의 제조<Example 1> Preparation of osmium complex based on gallic acid introduced copolymer

도 1에 나타낸 반응식과 같이 3 단계 반응을 통해 최종화합물에 해당하는 갈산(Gallic acid) 도입 공중합체 기반 오스뮴 착물을 합성하였다.As shown in the reaction scheme shown in FIG. 1, a gallic acid-introduced copolymer-based osmium complex corresponding to the final compound was synthesized through a three-step reaction.

[단계 1]은 vinyl imidazole(PVI의 모노머)와 acrylamide(PAA의 모노머)를 각각 1:1, 1:3, 1:5, 1:7, 1:10, 1:15, 1:20, 1:30, 1:50, 1:100 비율로 합성하였다. [Step 1] is 1:1, 1:3, 1:5, 1:7, 1:10, 1:15, 1:20, 1 of vinyl imidazole (monomer of PVI) and acrylamide (monomer of PAA), respectively. It was synthesized in a ratio of :30, 1:50, and 1:100.

본 발명의 실험예에서 사용한 공중합체는 PAA-PVI(10:1 비율)을 제조하여 사용하였다. 이하, PAA-PVI 공중합체는 모두 10:1 비율로 제조한 것을 의미한다. 구체적으로, 0.509mL의 vinyl imidazole을 3.9907g의 acylamide와 둥근플라스크에 넣고 물 15mL에 녹였다. 반응을 위해서 촉매 TEME (N,N,N',N'-tetramethyl ethylenediamin) 0.069mL와 ammonium persulfate 0.06g을 DW 20mL에 섞은후 둥근플라스크에 첨가하였다. 30분정도 교반하며 반응 하였으며, 합성물을 Methanol에 침전시킨 뒤 60℃에서 진공건조하여, PAA-PVI 공중합체를 파우더 형태로 수득하였다(4.0943g, 90.6%). 단계 1에서 제조한 PAA-PVI 공중합체의 1H NMR 데이터를 도 2에 나타내었다.The copolymer used in the experimental example of the present invention was used to prepare PAA-PVI (10:1 ratio). Hereinafter, all of the PAA-PVI copolymers refer to those prepared in a ratio of 10:1. Specifically, 0.509 mL of vinyl imidazole was placed in a round flask with 3.9907 g of acylamide and dissolved in 15 mL of water. For the reaction, 0.069 mL of catalyst TEME (N,N,N',N'-tetramethyl ethylenediamin) and 0.06 g of ammonium persulfate were mixed with 20 mL of DW and added to a round flask. The reaction was stirred for about 30 minutes, and the compound was precipitated in methanol and then vacuum dried at 60° C. to obtain a PAA-PVI copolymer in powder form (4.0943 g, 90.6%). 1 H NMR data of the PAA-PVI copolymer prepared in step 1 is shown in FIG. 2 .

도 2는 PAA-PVI 공중합체에서 PAA 비율에 따른 1H NMR 데이터로서, PAA 모노머 비율이 증가할수록 6.8 ppm 부근 비율 대비 6.4 ppm 부근 수소 비율이 증가하는 것으로 나타나, PAA 모노머 비율의 증가로 인한 수소 농도 비율이 증가함을 알 수 있다.Figure 2 is 1 H NMR data according to the PAA ratio in the PAA-PVI copolymer, it appears that as the PAA monomer ratio increases, the hydrogen ratio near 6.4 ppm compared to the ratio near 6.8 ppm increases, the hydrogen concentration due to the increase in the PAA monomer ratio It can be seen that the ratio increases.

[단계 2]는 PAA-PVI 10mg 과 오스뮴 착물 (Os(dimethoxy-bipyridine)2Cl2) 5mg을 ethylene glycol 5mL에 넣고 180℃에서 10분간 반응시켰다. 합성된 용액을 ethyl ether 300mL에 재침전하여 파우더를 nylon 필터를 통해 수득하였다.In [Step 2], 10 mg of PAA-PVI and 5 mg of the osmium complex (Os(dimethoxy-bipyridine) 2 Cl 2 ) were added to 5 mL of ethylene glycol and reacted at 180° C. for 10 minutes. The synthesized solution was re-precipitated in 300 mL of ethyl ether to obtain a powder through a nylon filter.

도 3은 갈산을 도입하기 전 상태인 PAA-PVI 공중합체 기반 오스뮴 착물의 산화환원 전위를 확인한 Cyclic voltammetry 결과로서, 0.0V (vs. Ag/AgCl)에서 산화환원 전위의 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.3 is a cyclic voltammetry result confirming the redox potential of the PAA-PVI copolymer-based osmium complex in the state before the introduction of gallic acid, it can be confirmed that it has the characteristics of the redox potential at 0.0V (vs. Ag/AgCl). .

[단계 3]은 단계 2의 합성물(오스뮴 착물 1 당량 기준)과 갈산(0, 0.5, 50 당량)을 둥근플라스크에 넣고, 50mM MES 버퍼 1mL를 부은 다음 40mM EDC와 20mM NHS를 추가하여 24시간 동안 반응시켰다. 최종화합물은 폴리머 필터(10,000 분자량)를 통해 최종화합물을 수득하였다.[Step 3] Put the compound of step 2 (based on 1 equivalent of the osmium complex) and gallic acid (0, 0.5, 50 equivalents) into a round flask, pour 1mL of 50mM MES buffer, and then add 40mM EDC and 20mM NHS for 24 hours reacted. The final compound was obtained through a polymer filter (10,000 molecular weight).

도 4는 실시예에 따른 갈산 도입 공중합체 기반 오스뮴 착물의 산화환원 전위를 확인한 Cyclic voltammetry 결과로서, 0.0 V (vs. Ag/AgCl)에서 산화환원 전위의 특성을 갖는 것을 확인하여, 도 3과 비교하여 보았을 때 갈산 도입에 따른 전위 변화는 없는 것을 확인할 수 있다.4 is a cyclic voltammetry result confirming the oxidation-reduction potential of the gallic acid-introduced copolymer-based osmium complex according to the Example, confirming that it has a characteristic of the redox potential at 0.0 V (vs. Ag/AgCl), compared with FIG. 3 It can be seen that there is no potential change due to the introduction of gallic acid.

도 5는 갈산(GA) 도입 비율을 달리하여 제조한 공중합체 기반 오스뮴 착물의 1H NMR 데이터로서, 오스뮴 착물 1 당량 대비 갈산(GA)의 비율이 0에서 0.5, 50 당량으로 늘어날수록 NMR 피크의 1.6과 2.2 ppm 부근의 수소 비율의 차이가 순차적으로 변화하는 것을 보고 PAA-PVI 공중합체의 PAA 모노머에 갈산이 공유결합을 형성하였음을 확인할 수 있다.5 is 1 H NMR data of a copolymer-based osmium complex prepared by varying the gallic acid (GA) introduction ratio. As the ratio of gallic acid (GA) to 1 equivalent of the osmium complex increases from 0 to 0.5 to 50 equivalents, the NMR peak It can be confirmed that gallic acid formed a covalent bond in the PAA monomer of the PAA-PVI copolymer by seeing that the difference in hydrogen ratio around 1.6 and 2.2 ppm changes sequentially.

도 6은 갈산(GA) 도입 비율을 달리하여 제조한 공중합체 기반 오스뮴 착물의 FT-IR 데이터로서, 3300~3400에서 나타나는 OH의 넓은 밴드가 오스뮴 착물 1 당량 대비 갈산(GA)의 비율이 0에서 0.5, 50 당량으로 늘어남에 따라 커지는 것을 보고 PAA-PVI 공중합체의 PAA 모노머에 갈산이 공유결합을 형성하였음을 확인할 수 있다.6 is FT-IR data of a copolymer-based osmium complex prepared by varying the gallic acid (GA) introduction ratio, in which a wide band of OH appearing in 3300 to 3400 shows that the ratio of gallic acid (GA) to 1 equivalent of the osmium complex is 0 It can be confirmed that gallic acid forms a covalent bond in the PAA monomer of the PAA-PVI copolymer by looking at the increase as it increases to 0.5 and 50 equivalents.

<실시예 2> 갈산 도입 공중합체 기반 오스뮴 착물이 도포된 전극의 제조<Example 2> Preparation of electrode coated with gallic acid introduced copolymer-based osmium complex

갈산 도입 비율(오스뮴 착물 1 당량 대비 갈산 0, 0.5, 50 당량)을 달리하여 제조한 갈산 도입 공중합체 기반 오스뮴 착물;Gallic acid-introduced copolymer-based osmium complex prepared by varying the gallic acid introduction ratio (0, 0.5, 50 equivalents of gallic acid compared to 1 equivalent of osmium complex);

10mg/mL 농도의 Glucose dehydorgenase 효소; 및Glucose dehydorgenase enzyme at a concentration of 10 mg/mL; and

10mg/mL 농도의 PEGDGE 가교제;PEGDGE crosslinking agent at a concentration of 10 mg/mL;

를 각각 4:4:1 부피비로 섞은후 10 μL를 탄소전극에 캐스팅하여 하루 동안 건조한 뒤 실험에 사용하였다.were mixed at a volume ratio of 4:4:1, respectively, and then 10 μL was cast on a carbon electrode, dried for one day, and then used for the experiment.

<실험예 1> 시료에 포함된 포도당 농도에 따른 전극의 감응 선형도 평가<Experimental Example 1> Evaluation of the sensitivity linearity of the electrode according to the concentration of glucose contained in the sample

도 7 내지 9는 오스뮴 착물 1 당량 대비 갈산(GA)의 비율이 0에서 0.5, 50 당량으로 제조한 실시예 1의 갈산 도입 공중합체 기반 오스뮴 착물을 도포한 전극에서 포도당 농도에 따른 감응 선형도를 나타낸 결과이다.7 to 9 show the linearity of the response according to the glucose concentration in the electrode coated with the gallic acid-introduced copolymer-based osmium complex of Example 1, wherein the ratio of gallic acid (GA) to 1 equivalent of the osmium complex is 0 to 0.5 and 50 equivalents. is the indicated result.

도 7에 나타난 바와 같이, 갈산(GA)이 도입되지 않은 공중합체 기반 오스뮴 착물의 경우 0.91818의 선형도를 나타내었고,As shown in FIG. 7, in the case of the copolymer-based osmium complex without gallic acid (GA) introduced, it exhibited a linearity of 0.91818,

도 8에 나타난 바와 같이, 0.5 당량비의 갈산 도입 공중합체 기반 오스뮴 착물의 경우 0.96701의 선형도를 나타내었으며,As shown in FIG. 8, in the case of an osmium complex based on a copolymer introduced with gallic acid in an equivalent ratio of 0.5, a linearity of 0.96701 was exhibited,

도 9에 나타난 바와 같이, 50 당량비의 갈산 도입 공중합체 기반 오스뮴 착물의 경우 0.90999의 선형도를 나타내었다.As shown in FIG. 9 , in the case of an osmium complex based on a copolymer introduced with gallic acid in a 50 equivalent ratio, a linearity of 0.90999 was shown.

도 7 내지 9의 결과를 보면, 0.5 당량비의 갈산 도입 공중합체 기반 오스뮴 착물의 포도당 감응 선형도가 가장 우수한 것을 확인할 수 있다.7 to 9 , it can be confirmed that the glucose response linearity of the osmium complex based on the gallic acid introduced copolymer at a 0.5 equivalent ratio is the best.

<실험예 2> 갈산 도입 비율에 따른 전류 신호 증가 및 안정성 평가<Experimental Example 2> Current signal increase and stability evaluation according to the gallic acid introduction rate

오스뮴 착물 1 당량 대비 갈산 0, 0.5, 50 당량으로 제조한 실시예 1의 갈산 도입 공중합체 기반 오스뮴 착물을 도포한 탄소전극을 500 rpm의 속도로 회전하며 포도당 25mM 농도에서의 장기간 안정도를 검사하였다. The carbon electrode coated with the gallic acid-introduced copolymer-based osmium complex of Example 1 prepared in 0, 0.5, and 50 equivalents of gallic acid relative to 1 equivalent of the osmium complex was rotated at a speed of 500 rpm to examine long-term stability at a glucose concentration of 25 mM.

구체적으로, 전류 신호 증가 및 안정성을 평가하기 위하여 1시간 동안의 전류값 변화를 비교한 current-time amperometry를 측정하되, 초반 300초까지는 PBS로 측정하다가 300초 시점에 포도당 25mM 농도를 추가하여 측정하였다.Specifically, in order to evaluate the increase and stability of the current signal, current-time amperometry was measured comparing the change in the current value for 1 hour, and it was measured with PBS for the first 300 seconds, and then 25 mM glucose concentration was added at the 300 second time point. .

도 10은 갈산 도입 비율에 따른 전류 신호 증가 및 안정성을 평가하기 위하여 1시간 동안의 전류값 변화를 비교한 current-time amperometry 결과로서, 갈산(GA)이 도입되지 않은 공중합체 기반 오스뮴 착물(종래 물질에 대응함)보다 0.5 당량비의 갈산 도입 공중합체 기반 오스뮴 착물이 도포된 전극이 약 2배 이상의 전류신호 세기를 나타냄과 동시에 1시간 동안 전류의 세기가 일정하게 안정적임을 확인할 수 있고, 또한 50 당량비의 갈산 도입 공중합체 기반 오스뮴 착물이 도포된 전극에서는 높은 신호를 보여주었지만 1시간 동안 전류신호가 지속적으로 감소하며 안정적이지 않은 결과를 보여주어, 적정한 갈산(GA)의 농도가 중요함을 알 수 있다.10 is a current-time amperometry result comparing the current value change for 1 hour to evaluate the current signal increase and stability according to the gallic acid introduction ratio, a copolymer-based osmium complex (conventional material) in which gallic acid (GA) is not introduced. Corresponding to), it can be confirmed that the electrode coated with the osmium complex based on the gallic acid-introduced copolymer of 0.5 equivalent ratio exhibits about twice the current signal intensity and at the same time the intensity of the current is constantly stable for 1 hour, and also the 50 equivalent ratio of gallic acid The electrode coated with the introduced copolymer-based osmium complex showed a high signal, but the current signal continuously decreased for 1 hour and showed an unstable result, suggesting that an appropriate gallic acid (GA) concentration is important.

<실험예 3> 갈산 도입 비율에 따른 전극 부착 안정성 평가<Experimental Example 3> Electrode adhesion stability evaluation according to gallic acid introduction rate

오스뮴 착물 1 당량 대비 갈산 0, 0.5 당량으로 제조한 실시예 1의 갈산 도입 공중합체 기반 오스뮴 착물을 도포한 탄소전극을 1~4회 물로 세척한 다음 전류신호를 측정하였다.The carbon electrode coated with the gallic acid-introduced copolymer-based osmium complex of Example 1 prepared at 0 and 0.5 equivalents of gallic acid compared to 1 equivalent of the osmium complex was washed with water 1 to 4 times, and then the current signal was measured.

도 11은 갈산 도입 비율에 따른 전극 부착 안정성을 평가하기 위하여 전극을 물로 세척한 다음 전류신호를 측정한 결과로서, 갈산(GA)이 도입되지 않은 공중합체 기반 오스뮴 착물(종래 물질에 대응함)이 도포된 전극 대비 0.5 당량비의 갈산 도입 공중합체 기반 오스뮴 착물이 도포된 전극의 전류 세기가 약 10% 이상 높게 나타나, 전극 부착 안정성이 향상됨을 확인할 수 있다.11 is a result of washing the electrode with water and then measuring the current signal in order to evaluate the electrode adhesion stability according to the gallic acid introduction ratio. A copolymer-based osmium complex (corresponding to a conventional material) in which gallic acid (GA) is not introduced is applied. The current strength of the electrode coated with the gallic acid-introduced copolymer-based osmium complex of 0.5 equivalent ratio compared to that of the used electrode was about 10% higher or more, confirming that the electrode attachment stability was improved.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, with respect to the present invention, the preferred embodiments have been looked at. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.

Claims (22)

카르복실기와 축합반응하여 결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 제1모노머;
금속 착물과 배위결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 제2모노머;
상기 제1모노머의 작용기에 결합하는, 하기 화학식 1로 표시되는 갈산(Galic acid) 모이어티; 및
상기 제2모노머의 작용기에 결합하는, 하기 화학식 2A로 표시되는 금속 착물 모이어티;를 포함하고,
상기 갈산 모이어티는 제1모노머의 반복 유닛 중 일부에 도입되는 것을 특징으로 하고,
상기 금속 착물 모이어티는 제2모노머의 반복 유닛 중 일부에 도입되는 것을 특징으로 하며,
상기 금속 착물 모이어티 및 갈산 모이어티의 당량비는 1:0.05-50인 것을 특징으로 하는,
갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물 또는 이의 염화물.
[화학식 1]
Figure 112020108457438-pat00009

[화학식 2A]
Figure 112020108457438-pat00010

(상기 화학식 2A에서,
R1 내지 R4는 독립적으로 수소, C1-10의 직쇄 또는 측쇄 알킬, C1-10의 직쇄 또는 측쇄 알콕시, 할로겐, 카르복실 또는 아민이고;
M은 오스뮴(Os), 루테늄(Ru) 또는 철(Fe)이고;
X는 할로겐이다.)
a first monomer having a functional group capable of forming a bond by condensation reaction with a carboxyl group;
a second monomer having a functional group capable of forming a coordination bond with the metal complex;
a gallic acid moiety represented by the following Chemical Formula 1, which is bound to a functional group of the first monomer; and
and a metal complex moiety represented by the following formula 2A, which is bonded to the functional group of the second monomer;
wherein the gallic acid moiety is introduced into some of the repeating units of the first monomer,
The metal complex moiety is characterized in that it is introduced into some of the repeating units of the second monomer,
The equivalent ratio of the metal complex moiety and the gallic acid moiety is 1:0.05-50,
A metal complex based on a gallic acid introduced copolymer or a chloride thereof.
[Formula 1]
Figure 112020108457438-pat00009

[Formula 2A]
Figure 112020108457438-pat00010

(In Formula 2A,
R 1 to R 4 are independently hydrogen, C 1-10 straight or branched chain alkyl, C 1-10 straight or branched alkoxy, halogen, carboxyl or amine;
M is osmium (Os), ruthenium (Ru) or iron (Fe);
X is halogen.)
제1항에 있어서,
상기 금속 착물 모이어티 및 갈산 모이어티의 당량비는 1:0.1-30인 것을 특징으로 하는, 갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물 또는 이의 염화물.
According to claim 1,
The equivalence ratio of the metal complex moiety and the gallic acid moiety is 1:0.1-30.
제2항에 있어서,
상기 금속 착물 모이어티 및 갈산 모이어티의 당량비는 1:0.1-20인 것을 특징으로 하는, 갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물 또는 이의 염화물.
3. The method of claim 2,
The equivalence ratio of the metal complex moiety and the gallic acid moiety is 1:0.1-20.
제3항에 있어서,
상기 금속 착물 모이어티 및 갈산 모이어티의 당량비는 1:0.2-10인 것을 특징으로 하는, 갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물 또는 이의 염화물.
4. The method of claim 3,
The equivalent ratio of the metal complex moiety and the gallic acid moiety is 1:0.2-10, characterized in that the gallic acid introduced copolymer-based metal complex or a chloride thereof.
제4항에 있어서,
상기 금속 착물 모이어티 및 갈산 모이어티의 당량비는 1:0.25-5인 것을 특징으로 하는, 갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물 또는 이의 염화물.
5. The method of claim 4,
The equivalent ratio of the metal complex moiety and the gallic acid moiety is 1:0.25-5, characterized in that the gallic acid introduced copolymer-based metal complex or a chloride thereof.
제1항에 있어서,
상기 제1모노머는 아크릴아마이드, 아크릴산, 메타아크릴산, 또는 비닐아세테이트인 것을 특징으로 하는, 갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물 또는 이의 염화물.
According to claim 1,
The first monomer is characterized in that acrylamide, acrylic acid, methacrylic acid, or vinyl acetate, a gallic acid-introduced copolymer-based metal complex or a chloride thereof.
제1항에 있어서,
상기 제2모노머는 비닐이미다졸, 비닐피롤리돈, 비닐피리딘, 아크릴산-아미노메틸피리딘(acrylic acid-aminomethylpyridine), 또는 알릴아민-브로모메틸피리딘(allylamine)-bromomethylpyridine)인 것을 특징으로 하는, 갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물 또는 이의 염화물.
According to claim 1,
The second monomer is vinylimidazole, vinylpyrrolidone, vinylpyridine, Acrylic acid-aminomethylpyridine (acrylic acid-aminomethylpyridine), or allylamine-bromomethylpyridine (allylamine)-bromomethylpyridine), a gallic acid-introduced copolymer-based metal complex or a chloride thereof.
제1항에 있어서,
상기 갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물은 하기 화학식 3으로 표시되는 것을 특징으로 하는, 갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물 또는 이의 염화물.
[화학식 3]
Figure 112022026232418-pat00011

(상기 화학식 3에서,
n 및 m은 각각 1-100,000의 정수이고;
각 Fn1
Figure 112022026232418-pat00012
Figure 112022026232418-pat00013
으로 이루어진 군으로부터 각각 독립적으로 선택되는 것이고, 상기 Fn1 중 적어도 하나의 Fn1
Figure 112022026232418-pat00028
인 것이며;
각 Fn2
Figure 112022026232418-pat00014
Figure 112022026232418-pat00015
으로 이루어진 군으로부터 각각 독립적으로 선택되는 것이고, 상기 Fn2 중 적어도 하나의 Fn2
Figure 112022026232418-pat00029
인 것이며;
R1 내지 R4는 각각 수소, C1-10의 직쇄 또는 측쇄 알킬, C1-10의 직쇄 또는 측쇄 알콕시, 할로겐, 카르복실 또는 아민이고;
M은 오스뮴(Os), 루테늄(Ru) 또는 철(Fe)이고;
X는 할로겐이다).
According to claim 1,
The gallic acid-introduced copolymer-based metal complex is characterized in that represented by the following formula (3), a gallic acid-introduced copolymer-based metal complex or a chloride thereof.
[Formula 3]
Figure 112022026232418-pat00011

(In Formula 3,
n and m are each an integer from 1-100,000;
Each Fn 1 is
Figure 112022026232418-pat00012
and
Figure 112022026232418-pat00013
are each independently selected from the group consisting of, and at least one Fn 1 of Fn 1 is
Figure 112022026232418-pat00028
will be;
Each Fn 2 is
Figure 112022026232418-pat00014
and
Figure 112022026232418-pat00015
are each independently selected from the group consisting of, and at least one Fn 2 of Fn 2 is
Figure 112022026232418-pat00029
will be;
R 1 to R 4 are each hydrogen, C 1-10 straight-chain or branched alkyl, C 1-10 straight-chain or branched alkoxy, halogen, carboxyl or amine;
M is osmium (Os), ruthenium (Ru) or iron (Fe);
X is halogen).
카르복실기와 축합반응하여 결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 제1모노머와 금속 착물과 배위결합을 형성할 수 있는 작용기를 갖는 제2모노머를 중합하여 공중합체를 얻는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 얻은 공중합체와 하기 화학식 2B로 표시되는 금속 착물을 반응시키는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 얻은 반응물과 갈산을 반응시키는 단계(단계 3);를 포함하고,
상기 금속 착물 모이어티 및 갈산 모이어티의 당량비는 1:0.05-50인 것을 특징으로 하는,
갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물의 제조방법.
[화학식 2B]
Figure 112020108457438-pat00016

(상기 화학식 2B에서,
R1 내지 R4는 독립적으로 수소, C1-10의 직쇄 또는 측쇄 알킬, C1-10의 직쇄 또는 측쇄 알콕시, 할로겐, 카르복실 또는 아민이고;
M은 오스뮴(Os), 루테늄(Ru) 또는 철(Fe)이고;
X는 할로겐이다.)
obtaining a copolymer by polymerizing a first monomer having a functional group capable of forming a bond by condensation reaction with a carboxyl group and a second monomer having a functional group capable of forming a coordination bond with a metal complex (step 1);
reacting the copolymer obtained in step 1 with the metal complex represented by the following formula 2B (step 2); and
Including; reacting the reactant obtained in step 2 with gallic acid (step 3);
The equivalent ratio of the metal complex moiety and the gallic acid moiety is 1:0.05-50,
A method for preparing a metal complex based on a gallic acid-introduced copolymer.
[Formula 2B]
Figure 112020108457438-pat00016

(In Formula 2B,
R 1 to R 4 are independently hydrogen, C 1-10 straight or branched chain alkyl, C 1-10 straight or branched alkoxy, halogen, carboxyl or amine;
M is osmium (Os), ruthenium (Ru) or iron (Fe);
X is halogen.)
제9항에 있어서,
상기 단계 1은 물, C1-3 알콜, 에틸렌글리콜 또는 이의 혼합액을 용매로 사용하는 것을 특징으로 하는, 갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물의 제조방법.
10. The method of claim 9,
In step 1, water, C 1-3 alcohol, ethylene glycol, or a mixture thereof is used as a solvent.
제9항에 있어서,
상기 단계 2는 물, C1-3 알콜, 에틸렌글리콜 또는 이의 혼합액을 용매로 사용하는 것을 특징으로 하는, 갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물의 제조방법.
10. The method of claim 9,
In step 2, water, C 1-3 alcohol, ethylene glycol, or a mixture thereof is used as a solvent.
제9항에 있어서,
상기 단계 3은 MES (2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid) 버퍼, PBS (Phosphate buffered saline), Tris ((hydroxymethyl)aminomethane) 버퍼 또는 이의 혼합액을 용매로 사용하는 것을 특징으로 하는, 갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물의 제조방법.
10. The method of claim 9,
In step 3, MES (2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid) buffer, PBS (Phosphate buffered saline), Tris ((hydroxymethyl)aminomethane) buffer or a mixture thereof is used as a solvent as a solvent, Gallic acid introduced copolymer A method for preparing a base metal complex.
전자전달매개체로서 제1항의 갈산 도입 공중합체 기반 금속 착물 또는 이의 염화물; 및
산화환원효소;를 포함하는,
산화환원반응용 시약 조성물.
As an electron transport medium, the gallic acid-introduced copolymer-based metal complex of claim 1 or a chloride thereof; and
Including; oxidoreductase;
Reagent composition for redox reaction.
제13항에 있어서,
상기 산화환원효소는,
글루코스 산화효소(glucose oxidase; GOX 또는 GOD), 글루코스 탈수소화효소(glucose dehydrogenase; GDH), 젖산 산화효소(uricase; UOX), 젖산 탈수소화효소(lactate dehydrogenase; LDH), 갈락토오스 산화효소(galactose oxidase; GAOX), 셀로비오스 탈수소화효소(cellobiose dehydrogenase; CDH), 프락토스 탈수소화효소(fructose dehydrogenase), 알콜 탈수소화효소(alcohol dehydrogenase; ADH), 알데하이드 탈수소화효소(aldehyde dehydrogenase; ALDH), 포름산 탈수소화효소(formate dehydrogenase), 옥살산 탈수소화효소(oxalate oxidase), 파이루베이트 탈수소화효소(pyruvate dehydrogenase; PDH) 및 막결합 수소화효소(membrane-bound hydrogenase; MBH) 중 선택되는 1종 이상의 산화전극용 효소; 및
빌리루빈 산화효소(bilirubin oxidase; BOD), 라케이즈(Laccase), 퍼록시다이제(horseradish peroxidase; HRP), 카탈라아제(catalase; CAT), 시토크롬 c(cytochrome c; CYCS), 시토크롬 산화효소 (cytochrome oxidase; COX), 및 마이크로과산화효소(microperoxidase; MP-11) 중 선택되는 1종 이상의 환원전극용 효소;
중 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 산화환원반응용 시약 조성물.
14. The method of claim 13,
The oxidoreductase is
glucose oxidase (GOX or GOD), glucose dehydrogenase (GDH), lactate oxidase (uricase; UOX), lactate dehydrogenase (LDH), galactose oxidase; GAOX), cellobiose dehydrogenase (CDH), fructose dehydrogenase, alcohol dehydrogenase (ADH), aldehyde dehydrogenase (ALDH), formic acid dehydrogenase One or more enzymes for an oxidation electrode selected from formate dehydrogenase, oxalate oxidase, pyruvate dehydrogenase (PDH) and membrane-bound hydrogenase (MBH) ; and
Bilirubin oxidase (BOD), Laccase, horseradish peroxidase (HRP), catalase (CAT), cytochrome c (CYCS), cytochrome oxidase; COX), and at least one enzyme for a reduction electrode selected from microperoxidase (MP-11);
A reagent composition for redox reaction, characterized in that at least one selected from among.
제13항에 있어서,
상기 조성물은,
폴리에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르, 폴리(도파민), 폴리(비닐피리딘), 폴리(비닐이미다졸), 폴리(아크릴아미드), 폴리(에틸렌글리콜), 폴리(에틸렌이민), 폴리비닐피롤리돈 및 나피온 중 선택되는 1종 이상의 가교제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 산화환원반응용 시약 조성물.
14. The method of claim 13,
The composition is
Polyethylene glycol diglycidyl ether, poly(dopamine), poly(vinylpyridine), poly(vinylimidazole), poly(acrylamide), poly(ethylene glycol), poly(ethyleneimine), polyvinylpyrrolidone and at least one crosslinking agent selected from Nafion.
제13항의 산화환원반응용 시약 조성물이 도포된 것을 특징으로 하는, 전극.
The electrode, characterized in that the reagent composition for the redox reaction of claim 13 is applied.
제16항에 있어서,
상기 전극은 산화전극 또는 환원전극인 것을 특징으로 하는, 전극.
17. The method of claim 16,
The electrode is characterized in that the anode or cathode, the electrode.
제16항에 있어서,
상기 전극의 소재는 카본블랙, 탄소나노튜브, 그래핀, 그래파이트, 금, 은, 구리, 백금, 철, 및 이의 복합물 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전극.
17. The method of claim 16,
The electrode material is carbon black, carbon nanotubes, graphene, graphite, gold, silver, copper, platinum, iron, and the electrode, characterized in that it comprises at least one of a composite thereof.
제16항의 전극을 포함하는, 바이오센서.
A biosensor comprising the electrode of claim 16 .
제19항에 있어서,
상기 바이오센서는 시료에서 글루코스, 콜레스테롤, 도파민, DNA, RNA 및 아미노산 중 1종 이상을 센싱하는 것을 특징으로 하는, 바이오센서.
20. The method of claim 19,
The biosensor is a biosensor, characterized in that it senses one or more of glucose, cholesterol, dopamine, DNA, RNA and amino acids in the sample.
제16항의 전극을 포함하는, 생체연료전지.
A biofuel cell comprising the electrode of claim 16 .
제21항의 생체연료전지를 포함하는, 세포배양장치.A cell culture device comprising the biofuel cell of claim 21 .
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