KR102475238B1 - ELECTROCHEMICALl DETECTION SENSOR OF ETIDRONIC ACID BASED ON NANOCOMPOSITE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에티드론산을 검출하기 위한, 환원된 그래핀옥사이드-은이산화규소 나노 복합체(rGO-Ag@SiO2)기반의 전기화학적 검출센서에 관한 것으로서, Au PCB(Au printed circuit board) 기재 및 상기 Au PCB 기재 상에 형성되어 있는 환원된 그래핀옥사이드-은@이산화규소 나노 복합체(rGO-Ag@SiO2)로 이루어진 층을 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, rGO-Ag@SiO2나노복합체로 개질된 전극을 에티드론산의 검출 센서로 사용함으로써 기존의 에티드론산 검출 센서에 비해 보다 저농도의 검출범위 및 극미량의 검출한계를 가지면서 뛰어난 안정성 및 반복성, 재현성을 나타내는 효과가 있다.
The present invention relates to an electrochemical detection sensor based on a reduced graphene oxide-silicon dioxide nanocomposite (rGO-Ag@SiO2) for detecting etidronic acid, which includes an Au PCB (Au printed circuit board) substrate and the above It includes a layer made of reduced graphene oxide-silver@silicon dioxide nanocomposite (rGO-Ag@SiO2) formed on the Au PCB substrate.
According to the present invention as described above, by using the electrode modified with the rGO-Ag@SiO 2 nanocomposite as a detection sensor for etidronic acid, a detection range of a lower concentration and a detection limit of a very small amount are obtained compared to conventional etidronic acid detection sensors. It has excellent stability, repeatability and reproducibility.

Description

에티드론산의 나노복합체 기반 전기화학적 검출 센서 및 이의 제조방법. {ELECTROCHEMICALl DETECTION SENSOR OF ETIDRONIC ACID BASED ON NANOCOMPOSITE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Etidronic acid nanocomposite-based electrochemical detection sensor and method for preparing the same. {ELECTROCHEMICALl DETECTION SENSOR OF ETIDRONIC ACID BASED ON NANOCOMPOSITE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 에티드론산을 검출하기 위한, 환원된 그래핀옥사이드-은이산화규소 나노 복합체(rGO-Ag@SiO2)기반의 전기화학적 검출센서 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 에티드론산 검출 센서에 비해 보다 저농도의 검출범위 및 극미량의 검출한계를 가지면서 뛰어난 안정성 및 반복성, 재현성을 가지는, rGO-Ag@SiO2나노복합체로 개질된 Au PCB(Au printed circuit board)를 포함하는 전기화학적 검출 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a reduced graphene oxide-silicon dioxide nanocomposite (rGO-Ag@SiO 2 )-based electrochemical detection sensor and a manufacturing method thereof for detecting etidronic acid, and more particularly, to an existing Contains Au PCB (Au printed circuit board) modified with rGO-Ag@SiO 2 nanocomposite, which has excellent stability, repeatability and reproducibility while having a lower detection range and a very small detection limit than etidronic acid detection sensors It relates to an electrochemical detection sensor that

비스포스포네이트(Bisphosphonate) 화합물은 골밀도 손상을 방지하는 현대 약리학 분야에 있어서 약물의 범주(category)에 속한다. 하이드록시에틸리덴 디포스포닉산(hydroxyethylidene diphosphonic acid, HEDP)이라고도 하는 에티드론산(Etidronic Acid, EA)은 비스포스포네이트 그룹에 해당하는 물질 중 하나로서 에티드로네이트(Etidronate)라고도 한다. 에티드론산이 골밀도 손상을 방지하는 약물로 사용되는 경우 주로 파골세포의 골 흡수를 줄이는데 사용(파제트 병 및 골다공증 등)되고 있으며, 매우 낮은 농도 (200-400 mg)의 에티드론산 만이 뼈 손상을 치료하는 데에 사용되고 있다. 그러나 에티드론산을 과다 복용하는 경우 심각한 신장부전증, 관절 통증 및 혈중 칼슘 수치 저하를 유발할 수 있고 지속적으로 복용 시 급성 구강 및 피부 손상을 일으킬 수 있는 문제가 있었다. 추정된 에티드론산의 과다 복용 농도는 500mg 이상인 것으로 밝혀졌다. 따라서 실제 샘플 및 제약 제제에서 EA의 농도를 정확하게 모니터링하는 것이 중요하다.Bisphosphonate compounds belong to the category of drugs in the field of modern pharmacology that prevent damage to bone density. Etidronic Acid (EA), also known as hydroxyethylidene diphosphonic acid (HEDP), is one of the substances belonging to the bisphosphonate group and is also called etidronate. When etidronic acid is used as a drug to prevent bone density damage, it is mainly used to reduce bone resorption by osteoclasts (Paget's disease and osteoporosis, etc.), and only very low concentrations (200-400 mg) of etidronic acid cause bone damage. is used to treat However, overdose of etidronic acid can cause severe renal failure, joint pain, and low blood calcium levels, and continuous use can cause acute oral and skin damage. Estimated overdose concentrations of etidronic acid have been found to be greater than 500 mg. Therefore, it is important to accurately monitor the concentration of EA in real samples and pharmaceutical formulations.

에티드론산의 경우 검출을 위한 발색 및 형광 물질이 아직 없기 때문에 광도 및 형광 측정을 통한 직접적인 감지는 불가능하다. 현존하는 에티드론산의 검출법으로 증발광산란감지 기술을 이용한 직접 검출법과 화학적 유도화를 통한 간접 검출법이 있기는 하나 전자의 경우 민감도가 낮은 문제가 있었으며 후자의 경우 검출시간이 오래 소요되고 결과 유도물이 때때로 불안정하여 완전한 분석을 수행하기 어려운 문제가 있었다. 최근 전도도 측정기를 이용한 액상 색층분석법이 효과적인 에티드론산 검출 플랫폼으로서 각광받고 있기는 하나 보다 더 높은 민감도와 안정성을 갖는 센서의 개발이 필요한 실정이다.In the case of etidronic acid, direct detection through photometric and fluorescence measurements is not possible because there is no color-developing and fluorescent substance for detection yet. Existing detection methods for etidronic acid include a direct detection method using evaporative light scattering detection technology and an indirect detection method through chemical derivatization, but the former has a problem of low sensitivity, and the latter takes a long time to detect and the resulting derivative is sometimes There was a problem that it was difficult to perform a complete analysis because it was unstable. Recently, liquid phase chromatography using a conductivity meter has been spotlighted as an effective etidronic acid detection platform, but it is necessary to develop a sensor having higher sensitivity and stability than that.

본 발명은 환원된 그래핀옥사이드-은이산화규소 나노 복합체(rGO-Ag@SiO2)로 개질된 전극을 에티드론산 검출에 사용함으로써 기존의 에티드론산 검출 센서에 비해 보다 저농도의 검출범위 및 극미량의 검출한계를 가지면서 뛰어난 안정성 및 반복성, 재현성을 획득하는 것을 목적으로 한다. The present invention uses an electrode modified with a reduced graphene oxide-silicon dioxide nanocomposite (rGO-Ag@SiO 2 ) to detect etidronic acid, thereby enabling a lower concentration detection range and a very small amount compared to conventional etidronic acid detection sensors. The purpose is to obtain excellent stability, repeatability, and reproducibility while having a detection limit of .

상기 목적을 달성을 위하여 본 발명은 Au PCB(Au printed circuit board) 기재; 및 상기 Au PCB 기재 상에 형성되어 있는 환원된 그래핀옥사이드-은@이산화규소 나노복합체(rGO-Ag@SiO2)로 이루어진 층;을 포함하는 에티드론산의 나노 복합체 기반 전기화학적 검출 센서를 제공한다. 상기 환원된 그래핀옥사이드-은@이산화규소 나노복합체(rGO-Ag@SiO2)는 Ag@SiO2가 rGO(reduced graphene oxide)에 흡착되어 있을 수 있다.In order to achieve the above object, the present invention is an Au PCB (Au printed circuit board) substrate; And a layer made of reduced graphene oxide-silver@silicon dioxide nanocomposite (rGO-Ag@SiO2) formed on the Au PCB substrate; Provides a nanocomposite-based electrochemical detection sensor of etidronic acid including . In the reduced graphene oxide-silicon dioxide nanocomposite (rGO-Ag@SiO 2 ), Ag@SiO 2 may be adsorbed on reduced graphene oxide (rGO).

아울러 상기 목적 달성을 위하여 본 발명은 (a) 은@이산화규소 나노복합체(Ag@SiO2)를 준비하는 단계; (b) 환원된 그래핀 옥사이드(reduced graphene oxide, rGO)를 준비하는 단계; (c) 상기 단계에서 준비된Ag@SiO2 및 rGO를 혼합하여 환원된 그래핀옥사이드-은@이산화규소 나노 복합체(rGO-Ag@SiO2)를 제조하는 단계; (d) 상기 환원된 그래핀옥사이드-은@이산화규소 나노 복합체(rGO-Ag@SiO2)를 포함하는 층을 Au PCB(Au printed circuit board) 기재 상에 형성하는 단계를 포함하는 에티드론산의 나노복합체 기반 전기화학적 검출 센서의 제조방법을 제공한다. In addition, in order to achieve the above object, the present invention provides (a) preparing a silver@silicon dioxide nanocomposite (Ag@SiO2); (b) preparing reduced graphene oxide (rGO); (c) preparing a reduced graphene oxide-silver@silicon dioxide nanocomposite (rGO-Ag@SiO2) by mixing Ag@SiO2 and rGO prepared in the above step; (d) forming a layer containing the reduced graphene oxide-silver@silicon dioxide nanocomposite (rGO-Ag@SiO2) on an Au printed circuit board (Au PCB) substrate, etidronic acid nano A method for manufacturing a composite-based electrochemical detection sensor is provided.

상기 (a) 단계에서는 테트라에틸 오르토실리케이트(tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 포함하는 용액과 수산화암모늄(NH4OH)를 포함하는 용액을 혼합한 후 혼합물을 62 내지 68 ℃에서 초음파 처리할 수 있다.In step (a), after mixing a solution containing tetraethyl orthosilicate (TEOS) and a solution containing ammonium hydroxide (NHOH), the mixture may be sonicated at 62 to 68 °C.

상기 (b) 단계에서는 그래핀 옥사이드(graphene oxide)를 물에 분산시킨 후 76 내지 84 ℃에서 교반하면서 히드라진 수화물(hydrazine hydrate)을 첨가할 수 있다. In step (b), after dispersing graphene oxide in water, hydrazine hydrate may be added while stirring at 76 to 84 °C.

상기 (c) 단계에서는 Ag@SiO2 및 rGO를 혼합한 후 초음파 처리할 수 있다.In the step (c), ultrasonic treatment may be performed after mixing Ag@SiO 2 and rGO.

상기 (d) 단계에서는 환원된 그래핀옥사이드-은@이산화규소 나노 복합체(rGO-Ag@SiO2)를 Au PCB(Au printed circuit board) 기재 상에 드랍 캐스팅(drop casting)할 수 있다.In step (d), the reduced graphene oxide-silver@silicon dioxide nanocomposite (rGO-Ag@SiO 2 ) may be drop-casted on an Au printed circuit board (Au PCB) substrate.

상기와 같은 본 발명에 따르면, rGO-Ag@SiO2나노복합체로 개질된 전극을 에티드론산의 검출 센서로 사용함으로써 기존의 에티드론산 검출 센서에 비해 보다 저농도의 검출범위 및 극미량의 검출한계를 가지면서 뛰어난 안정성 및 반복성, 재현성을 나타내는 효과가 있다.According to the present invention as described above, by using the electrode modified with the rGO-Ag@SiO 2 nanocomposite as a detection sensor for etidronic acid, a detection range of a lower concentration and a detection limit of a very small amount are obtained compared to conventional etidronic acid detection sensors. It has excellent stability, repeatability and reproducibility.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 작동전극, 상대전극, 기준전극을 포함하는 Au PCB의 이미지이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 (a) bare Au PCB, (b) rGO- modified Au PCB, (c) Ag@SiO2- modified Au PCB, (d) rGO-Ag@SiO2- modified Au PCB 표면 형태의 SEM (scanning electron microscopy) 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 (a) Ag@SiO2, (b) Ag@SiO2의 높은 각도의 고리모양(환상)의 어두운 영역의 TEM(Transmission electron microscopy) 이미지를 나타내고, (c)는 Ag, (d)는 Si, (e)는 O의 EDX 분광법(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)을 이용하여 측정한 공간적 분포를 나타내는 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 (a) bare Au PCB, (b) rGO-Au PCB, (c) rGO-Ag@SiO2-Au PCB의 EDX 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 rGO, Ag@SiO2 및 rGO-Ag@SiO2의 (a) 자외선 흡수 스펙트럼(UV absorption spectra), (b) 푸리에 변환 적외선 스펙트럼(Fourier transform infrared (FTIR) spectra)을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 rGO-Ag@SiO2의 X선 광전자 분광법스펙트럼(X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectrum)을 나타낸 것으로서 (a) deconvoluted C 1S, (b) deconvoluted O 1S spectrum, (c) 확장된 Ag 3d, (d) 확장된 Si 2p, (e) 전체적인 rGO-Ag@SiO2 의 XPS 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 7의 (a), (b)는 0.1 M KCl에서 각각 bare Au PCB, rGO-Ag@SiO2-Au PCB의 비 패러데이 전류 응답의 CV 응답을, 도 8의 (c)는 스캔 속도()와 전류 밀도의 관계를, 도 8의 (d), (e)는 5 mM K3Fe(CN)6을 포함하는 0.1 M KCl에서 각각 bare Au PCB and rGO-Ag@SiO2-Au PCB의 CV 응답을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 1 mM K3Fe(CN)6을 포함하는 0.1 M KCl 내에서 bare Au PCB, rGO-Au-PCB, Ag@SiO2-Au PCB, rGO-Ag@SiO2-Au PCB의 전기화학적 임피던스 분광법 나이퀴스트 플롯(Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) Nyquist plot)을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 (a) 0.1 M NaOH에 EA가 존재하는 경우에 Ag@SiO2의 고정된 농도(1mg) 및 rGO의 다양한 농도 조건(0, 0.5, 1.0 mg)에서 rGO-Ag@SiO2의 순환 전압 전류 법(Cyclic Voltammetry, CV) 응답을, (b)는 CrGO /CrGO + CAg@SiO2 대 산화피크 전류의 플롯(plot)을 나타낸 그래프이다.
도 10은 흑연(graphite), GO 및 rGO의 라만 스펙트럼 분석을 나타낸 그래프이다.
도 11의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 0.1 M NaOH에 1 mM EA의 존재 및 부존재 시에 rGO-Ag@SiO2-Au PCB의 CV 응답의 비교를, 도 11의 (b)는 0.1 M NaOH에 1 mM EA의 존재하는 경우 bare Au PCB, rGO-Au PCB, Ag@SiO2-Au PCB, and rGO-Ag@SiO2-Au PCB의 CV 응답을 나타낸 그래프이다.
도 12의 (a)는 pH 13인 0.1 M NaOH 전해질에 1 mM EA가 존재하는 경우 rGO-Ag@SiO2-Au PCB의 CV 응답에 대한 스캔 속도(25-200 mV/s)의 영향을, (b)는 EA에 대한 산화 피크 전류(Ipa)와 스캔속도의 제곱근(1/2) 사이에 선형 관계, (c)는 서로 다른 pH 배지에 존재하는 1 mM의 EA에 대한 차등 펄스 전압전류법(Differential pulse voltammetric, DPV) 응답을 나타낸 그래프이다.
도 13은 EA(etidronic acid)의 전기화학적 산화와 관련하여 가능한 단계들을 보여주는 도식도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 rGO-Ag@SiO2-Au PCB에서 EA의 전기화학적 산화의 메커니즘을 보여주는 도식도이다.
도 15의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 0.1 M NaOH에 존재하는 서로 다른 농도의 EA(2.0, 5.0, 10.0, 20.0, 50.0, 100.0, 150.0, and 200.0 μM)에 대한 rGO-Ag@SiO2-Au PCB의 차등 펄스 전압전류법(Differential pulse voltammetric, DPV) 응답을, (b)는 EA 농도와 피크전류 사이의 선형 관계를 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 rGO-Ag@SiO2-Au PCB를 사용하여0.1 M NaOH에 존재하는 100.0μM의 EA를 연속적으로 8회 측정한 경우의 DPV 응답을 나타내는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 서로 다른 간섭물질이 존재하는 경우에 (a) EA에 대한 rGO-Ag@SiO2-Au PCB의 DPV 응답을, (b) EA에 대한 피크전류 응답의 막대 차트를 나타내는 그래프이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 rGO-Ag@SiO2-Au PCB의 0.1 M NaOH에 존재하는 서로 다른 농도의 에티드로네이트 정제에 대한 DPV 응답을 나타내는 그래프이다.
1 is an image of an Au PCB including a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode according to an embodiment of the present invention.
2 is (a) bare Au PCB, (b) rGO-modified Au PCB, (c) Ag@SiO 2 -modified Au PCB, (d) rGO-Ag@SiO 2 -modified according to an embodiment of the present invention. This is a SEM (scanning electron microscopy) image of the Au PCB surface morphology.
3 shows transmission electron microscopy (TEM) images of high-angle annular (annular) dark regions of (a) Ag@SiO 2 and (b) Ag@SiO 2 according to an embodiment of the present invention, ( c) is an image showing the spatial distribution of Ag, (d) Si, and (e) O measured using EDX spectroscopy (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy).
4 is a graph showing EDX spectra of (a) bare Au PCB, (b) rGO-Au PCB, and (c) rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB according to an embodiment of the present invention.
5 shows (a) UV absorption spectra, (b) Fourier transform infrared (FTIR) spectra of rGO, Ag@SiO 2 and rGO-Ag@SiO 2 according to an embodiment of the present invention. ) spectra).
Figure 6 shows the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectrum of rGO-Ag@SiO 2 according to an embodiment of the present invention (a) deconvoluted C 1S, (b) deconvoluted O 1S spectrum, (c) extended Ag 3d, (d) extended Si 2p, (e) a graph showing XPS spectrum of overall rGO-Ag@SiO 2 .
7 (a) and (b) show the CV response of the non-Faraday current response of the bare Au PCB and rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB in 0.1 M KCl, respectively, and FIG. 8 (c) shows the scan rate () 8 (d) and (e) show the relationship between the current density and the CV of bare Au PCB and rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB in 0.1 M KCl containing 5 mM K 3 Fe(CN) 6 , respectively. This is the graph showing the response.
8 shows bare Au PCB, rGO-Au-PCB, Ag@SiO 2 -Au PCB, rGO-Ag@ in 0.1 M KCl containing 1 mM K 3 Fe(CN) 6 according to an embodiment of the present invention. It is a graph showing the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) Nyquist plot of SiO 2 -Au PCB.
Figure 9 is (a) in the presence of EA in 0.1 M NaOH according to an embodiment of the present invention at a fixed concentration (1 mg) of Ag@SiO 2 and various concentration conditions (0, 0.5, 1.0 mg) of rGO Cyclic Voltammetry (CV) response of rGO-Ag@SiO 2 , (b) is a graph showing a plot of Cr GO /Cr GO + C Ag@SiO2 versus oxidation peak current.
10 is a graph showing Raman spectrum analysis of graphite, GO and rGO.
Figure 11 (a) compares the CV response of the rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB in the presence and absence of 1 mM EA in 0.1 M NaOH according to an embodiment of the present invention, Figure 11 (b) is a graph showing the CV responses of bare Au PCB, rGO-Au PCB, Ag@SiO 2 -Au PCB, and rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB in the presence of 1 mM EA in 0.1 M NaOH.
12(a) shows the effect of the scan rate (25-200 mV/s) on the CV response of the rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB in the presence of 1 mM EA in 0.1 M NaOH electrolyte at pH 13, (b) is the linear relationship between the oxidation peak current (I pa ) and the square root of the scan rate ( 1/2 ) for EA, (c) is the differential pulse voltammetry for 1 mM EA in different pH media. It is a graph showing the differential pulse voltammetric (DPV) response.
Figure 13 is a schematic diagram showing possible steps related to the electrochemical oxidation of etidronic acid (EA).
14 is a schematic diagram showing a mechanism of electrochemical oxidation of EA in an rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB according to an embodiment of the present invention.
Figure 15 (a) shows rGO-Ag for different concentrations of EA (2.0, 5.0, 10.0, 20.0, 50.0, 100.0, 150.0, and 200.0 μM) present in 0.1 M NaOH according to an embodiment of the present invention. The differential pulse voltammetric (DPV) response of the @SiO 2 -Au PCB, (b) is a graph showing the linear relationship between EA concentration and peak current.
16 is a graph showing the DPV response when EA of 100.0 μM present in 0.1 M NaOH is continuously measured 8 times using an rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB according to an embodiment of the present invention.
17 shows the DPV response of rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB for (a) EA in the presence of different interfering substances according to an embodiment of the present invention, (b) the peak current response for EA It is a graph that represents a bar chart.
18 is a graph showing the DPV response to purification of etidronate at different concentrations in 0.1 M NaOH of an rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 실시예는 Au PCB(Au printed circuit board) 기재; 및 상기 Au PCB 기재 상에 형성되어 있는 환원된 그래핀옥사이드-은@이산화규소 나노복합체(rGO-Ag@SiO2)로 이루어진 층;을 포함하는 에티드론산의 나노 복합체 기반 전기화학적 검출 센서를 제공한다. One embodiment of the present invention is an Au PCB (Au printed circuit board) substrate; And a reduced graphene oxide-silver@silicon dioxide nanocomposite (rGO-Ag@SiO 2 ) formed on the Au PCB substrate; providing a nanocomposite-based electrochemical detection sensor of etidronic acid comprising a layer. do.

상기 환원된 그래핀옥사이드-은@이산화규소 나노 복합체(rGO-Ag@SiO2)는 Ag@SiO2가 rGO(reduced graphene oxide)에 흡착되어 있을 수 있다. rGO-Ag@SiO2로 개질된 Au PCB 전극의 SEM 측정결과는 rGO 단층 위에 Ag@SiO2 마이크로스피어의 성공적인 흡착을 보여주고 있다. (도 2(d)) 에티드론산이 계속적으로 축적되어 체내에 과도하게 존재하게 되는 경우 심각한 신장 부전증, 관절 통증 등을 유발하는 문제가 생길 수 있는바 에티드론산 측정 센서의 경우 샘플 및 의약 제재에 에티드론산이 극미량 존재하는 경우에도 정확하면서도 민감하게 측정할 수 있는 것이 중요하다. 측정예 8 및 표 2를 보면, 본 발명의 rGO-Ag@SiO2로 개질된 Au PCB 를 포함하는 나노 복합체 기반 전기화학적 검출 센서의 경우 에티드론산의 직접 검출이 가능하면서도 기존에 보고된 에티드론산의 검출법에 비해 보다 저농도의 검출 범위(2~200 μM)와 극미량의 검출한계(0.68 μM)를 나타냄을 알 수 있다. In the reduced graphene oxide-silicon dioxide nanocomposite (rGO-Ag@SiO 2 ), Ag@SiO 2 may be adsorbed on reduced graphene oxide (rGO). The SEM measurement results of the Au PCB electrode modified with rGO-Ag@SiO 2 show the successful adsorption of Ag@SiO 2 microspheres on the rGO monolayer. (Fig. 2(d)) If etidronic acid continuously accumulates and is excessively present in the body, serious renal failure, joint pain, etc. may occur. It is important to be able to measure accurately and sensitively even when etidronic acid is present in a very small amount. Referring to Measurement Example 8 and Table 2, in the case of the nanocomposite-based electrochemical detection sensor including the Au PCB modified with rGO-Ag@SiO 2 of the present invention, it is possible to directly detect etidronic acid, while the previously reported ethide It can be seen that compared to the detection method of Lonic acid, it shows a lower concentration detection range (2 ~ 200 μM) and a very small detection limit (0.68 μM).

본 발명의 일 실시예에 따른 다른 형태는 (a) 은@이산화규소 나노복합체(Ag@SiO2)를 준비하는 단계; (b) 환원된 그래핀 옥사이드(reduced graphene oxide, rGO)를 준비하는 단계; (c) 상기 단계에서 준비된 Ag@SiO2 및 rGO를 혼합하여 환원된 그래핀옥사이드-은@이산화규소 나노 복합체(rGO-Ag@SiO2)를 제조하는 단계; (d) 상기 환원된 그래핀옥사이드-은@이산화규소 나노 복합체(rGO-Ag@SiO2)를 포함하는 층을 Au PCB(Au printed circuit board) 기재 상에 형성하는 단계를 포함하는 에티드론산의 나노복합체 기반 전기화학적 검출 센서의 제조방법을 제공한다. Another form according to an embodiment of the present invention includes (a) preparing a silver@silicon dioxide nanocomposite (Ag@SiO 2 ); (b) preparing reduced graphene oxide (rGO); (c) preparing a reduced graphene oxide-silicon dioxide nanocomposite (rGO-Ag@SiO 2 ) by mixing Ag@SiO 2 and rGO prepared in the above step; (d) forming a layer containing the reduced graphene oxide-silver@silicon dioxide nanocomposite (rGO-Ag@SiO 2 ) on an Au printed circuit board (Au PCB) substrate of etidronic acid, A method for manufacturing a nanocomposite-based electrochemical detection sensor is provided.

상기 (a) 단계에서는 테트라에틸 오르토실리케이트(tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 포함하는 용액과 수산화암모늄(NH4OH)를 포함하는 용액을 혼합한 후 혼합물을 62 내지 68 ℃에서 초음파 처리할 수 있고, 가장 바람직하게는 65 ℃에서 초음파 처리할 수 있다. 62 내지 68 ℃ 의 범위를 벗어나는 온도에서 초음파 처리를 하는 경우 Ag가 SiO2에 잘 붙지 않아 Ag@SiO2 나노 입자가 제대로 형성되지 않을 수 있다.In the step (a), after mixing a solution containing tetraethyl orthosilicate (TEOS) and a solution containing ammonium hydroxide (NH 4 OH), the mixture may be sonicated at 62 to 68 ° C., the most Preferably, ultrasonication may be performed at 65 °C. When sonication is performed at a temperature outside the range of 62 to 68 °C, Ag may not adhere well to SiO 2 , and Ag@SiO 2 nanoparticles may not be properly formed.

상기 (b) 단계에서는 그래핀 옥사이드(graphene oxide)를 물에 분산시킨 후 76 내지 84 ℃에서 교반하면서 히드라진 수화물(hydrazine hydrate)을 첨가할 수 있다. 가장 바람직하게는 80 ℃에서 교반할 수 있다. 76 내지 84 ℃의 범위를 벗어나는 온도에서 교반하는 경우 환원된 그래핀 옥사이드가 잘 형성되지 않을 수 있다.In step (b), after dispersing graphene oxide in water, hydrazine hydrate may be added while stirring at 76 to 84 °C. Most preferably, it can be stirred at 80 °C. When stirring at a temperature outside the range of 76 to 84 °C, reduced graphene oxide may not be well formed.

상기 (c) 단계에서는 Ag@SiO2 및 rGO를 혼합한 후 초음파 처리할 수 있다. 상기 초음파 처리 이외에 Ag@SiO2 및 rGO를 혼합한 후 감마조사, 스프레이, 마이크로파 조사를 통해 나노 복합체(rGO-Ag@SiO2)를 합성하는 방법들이 있으나, 이러한 방법들은 초음파 처리에 비해 많은 시간이 소요되며, 합성 효율이 떨어지므로 대량생산에 부적합한 문제가 있다. 반면, 초음파 처리를 하는 경우 상기 나노 복합체 내에 Ag@SiO2 나노입자와 rGO 나노쉬트가 균일하게 존재하도록 제작할 수 있고, 따라서 초음파 처리를 통해 제조된 나노복합체(rGO-Ag@SiO2)를 전극에 사용하는 경우 센서의 재현성이 가장 높게 나타나게 된다. 초음파 처리와 관련하여 보다 상세하게는, 상기 rGO로 개질된 Ag@SiO2 나노복합체(rGO-Ag@SiO2)는 Ag@SiO2 및 rGO를 혼합한 후 혼합액을 45 % 진폭에서 5 분 동안 간단한 초음파 처리를 통해 자체조립 될 수 있다. rGO-Ag@SiO2 나노 복합체에 대한 두 개의 서로 다른 흡수 피크는 rGO 및 Ag@SiO2의 존재를 입증하고 있으며(도 5(a)), rGO-Ag@SiO2에서 rGO 및 Ag@SiO2의 개별 밴드의 존재는 나노 복합체가 간단한 프로브 초음파 처리 과정으로 인해 성공적으로 형성되었음을 입증한다. (도 5(b))In the step (c), ultrasonic treatment may be performed after mixing Ag@SiO 2 and rGO. In addition to the ultrasonic treatment, there are methods of synthesizing a nanocomposite (rGO-Ag@SiO 2 ) through gamma irradiation, spray, and microwave irradiation after mixing Ag@SiO 2 and rGO, but these methods require a lot of time compared to ultrasonic treatment. required, and the synthesis efficiency is low, so there is a problem that is not suitable for mass production. On the other hand, when ultrasonic treatment is performed, Ag@SiO 2 nanoparticles and rGO nanosheets may be uniformly present in the nanocomposite, and thus, the nanocomposite (rGO-Ag@SiO 2 ) prepared through ultrasonic treatment may be applied to the electrode. When used, the reproducibility of the sensor is the highest. More specifically, in relation to sonication, the rGO-modified Ag@SiO 2 nanocomposite (rGO-Ag@SiO 2 ) was mixed with Ag@SiO 2 and rGO, and then the mixture was briefly applied at 45% amplitude for 5 minutes. It can be self-assembled through sonication. Two different absorption peaks for the rGO-Ag@SiO 2 nanocomposite demonstrate the existence of rGO and Ag@SiO 2 (FIG. 5(a)), and rGO and Ag@SiO 2 in rGO-Ag@SiO 2 The presence of individual bands in a demonstrates that the nanocomposites were successfully formed due to a simple probe sonication procedure. (FIG. 5(b))

상기 (d) 단계에서는 환원된 그래핀옥사이드-은@이산화규소 나노 복합체(rGO-Ag@SiO2)를 Au PCB(Au printed circuit board) 기재 상에 드랍 캐스팅(drop casting)할 수 있다. 상기 드랍캐스팅을 통해 간편하게 환원된 그래핀옥사이드-은@이산화규소 나노 복합체(rGO-Ag@SiO2)를 포함하는 층을 Au PCB(Au printed circuit board) 기재 상에 형성할 수 있게 된다.In step (d), the reduced graphene oxide-silver@silicon dioxide nanocomposite (rGO-Ag@SiO 2 ) may be drop-casted on an Au printed circuit board (Au PCB) substrate. Through the drop casting, it is possible to form a layer including a simple reduced graphene oxide-silicon dioxide nanocomposite (rGO-Ag@SiO 2 ) on an Au printed circuit board (Au PCB) substrate.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.

실시예 1. 은@이산화규소 복합체(Ag@SiO2)의 합성Example 1. Synthesis of silver@silicon dioxide composite (Ag@SiO 2 )

초음파처리 보조 방법은 Ag@SiO2 나노 입자를 준비하는데 사용되었다. 에탄올에 테트라에틸 오르토실리케이트(tetraethyl orthosilicate, TEOS) 7.5 wt %가 함유된 용액을, 0.8 mL / min의 유속으로 주사기 펌프를 통해 에탄올에 NH4OH 4.25 wt%가 함유된 용액에 주입하였다. 그런 다음 용액의 혼합물을 프로브 초음파 처리 온도인 65℃에서 30분 동안 30 % 진폭으로 초음파 처리하였다. 이후 위의 용액에 AgNO3 4.75 wt% 및 NaBH4 4.25 wt% 를 포함하는 수성 혼합물을 드랍 방식으로 주입하였고 그 후 이 용액을 30분 동안 초음파 처리하였다. 초음파 처리된 용액은 원심 분리하고 에탄올로 두 번 세척한 후 80 ℃에서 3시간 동안 건조시켰다.An assisted sonication method was used to prepare the Ag@SiO 2 nanoparticles. A solution containing 7.5 wt % of tetraethyl orthosilicate (TEOS) in ethanol was injected into a solution containing 4.25 wt % of NH 4 OH in ethanol through a syringe pump at a flow rate of 0.8 mL/min. The mixture of solutions was then sonicated at 30% amplitude for 30 min at 65 °C, the probe sonication temperature. Thereafter, an aqueous mixture containing 4.75 wt% of AgNO 3 and 4.25 wt% of NaBH 4 was injected dropwise into the above solution, and then the solution was sonicated for 30 minutes. The sonicated solution was centrifuged, washed twice with ethanol, and dried at 80 °C for 3 hours.

실시예 2. 환원된 그래핀 옥사이드(reduced graphene oxide, rGO)의 준비Example 2. Preparation of reduced graphene oxide (rGO)

rGO를 준비하기 위해 수정된 Hummers 방법이 사용되었다. 처음에는 바닥이 둥근 플라스크에 있는 40 mL의 H2SO4에 1.0g의 흑연 분말을 분산시켰고, 이 용액을 아이스 바스(bath)에 보관하였다. 다음으로, 3.5g의 KMnO4를 상기 제조된 용액에 첨가하여 반응 혼합물을 2시간 동안 교반하였고 이후 Milli-Q 물 150mL를 추가하였다. 반응 혼합물이 더 이상 기포를 형성하지 않았을 때 과산화수소(H2O2)의 적가(滴加)가 수행되었다. 준비된 용액은 이후에 원하지 않는 금속 이온을 제거하기 위해 여과되었고, 여과된 용액을 10 % 염산(HCl)으로 세척한 후 완전히 건조하여 그래핀 옥사이드(GO)을 획득하였다. 상기 획득된 그래핀옥사이드(GO)를 Milli-Q 물에 분산시킨 후 이를 80℃에서 1 시간 동안 연속 교반하면서 히드라진 수화물(hydrazine hydrate) 1 mL을 도입하여 GO 를 rGO 로 환원시켰다. 얻어진 용액의 색상이 검은 색으로 변하였고 이는 rGO가 형성되었음을 확인시켜주었다. 수집된 침전물은 여과되었고 이후 진공 오븐에서 건조되었다. A modified Hummers method was used to prepare rGO. Initially, 1.0 g of graphite powder was dispersed in 40 mL of H 2 SO 4 in a round bottom flask, and the solution was stored in an ice bath. Next, 3.5 g of KMnO 4 was added to the prepared solution and the reaction mixture was stirred for 2 hours, after which 150 mL of Milli-Q water was added. Dropwise addition of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) was carried out when the reaction mixture no longer formed bubbles. The prepared solution was then filtered to remove unwanted metal ions, and the filtered solution was washed with 10% hydrochloric acid (HCl) and completely dried to obtain graphene oxide (GO). After dispersing the obtained graphene oxide (GO) in Milli-Q water, GO was reduced to rGO by introducing 1 mL of hydrazine hydrate while continuously stirring at 80° C. for 1 hour. The color of the obtained solution turned black, which confirmed the formation of rGO. The collected precipitate was filtered and then dried in a vacuum oven.

실시예 3. rGO-Ag@SiO2의 자체 조립 Example 3. Self-assembly of rGO-Ag@SiO 2

rGO 및 Ag@SiO2 각각 1mg을 Milli-Q 1mL에 분산시켰고, 프로브는 45 % 진폭에서 5 분 동안 초음파 처리되었다. 1 mg each of rGO and Ag@SiO 2 was dispersed in 1 mL of Milli-Q, and the probe was sonicated for 5 min at 45% amplitude.

실시예 4. Au PCB의 표면 개질Example 4. Surface modification of Au PCB

집적 회로 기반의 Au PCB(Au Printed Circuit Board)가 전극으로 사용되었다. Au PCB는 직경 1.48mm인 작동전극, 4.3mm 길이 및 1.6mm 너비의 카운터 전극, 4.1mm 길이 및 0.8mm 너비의 기준전극을 포함하였다. (도 1) Au PCB는 아세톤, 에탄올 및 Milli-Q 물로 순차적으로 세척되었고 Au PCB 의 세척 및 건조 후 플라즈마 처리가 Au PCB에 적용되었다. 이후 준비된 rGO-Ag@SiO2 나노 복합체의 약 5L가 깨끗한 Au PCB에 드롭 캐스팅되었다. An integrated circuit-based Au Printed Circuit Board (Au PCB) was used as the electrode. The Au PCB contained a working electrode with a diameter of 1.48 mm, a counter electrode with a length of 4.3 mm and a width of 1.6 mm, and a reference electrode with a length of 4.1 mm and a width of 0.8 mm. (FIG. 1) The Au PCB was sequentially washed with acetone, ethanol and Milli-Q water, and after washing and drying the Au PCB, plasma treatment was applied to the Au PCB. Afterwards, about 5L of the prepared rGO-Ag@SiO 2 nanocomposite was drop-cast onto the clean Au PCB.

실시예 5. 샘플의 준비Example 5. Preparation of samples

0.1M NaOH 희석제 중에 있는 에티드론산(etidronic acid, EA)의 실제 샘플의 세가지 다른 농도(25.0, 50.0 및 100.0 M)를 준비하기 위하여 에티드로네이트 약물 정제(tablet) 200mg이 사용되었다. 정제는 모르타르와 막자의 도움으로 잘게 분쇄되었고 희석제인 0.1 M NaOH 전해질에 분산되었다. 이후 샘플은 용해되지 않은 부형제를 제거하기 위해 여과되었다. 여과된 샘플은 EA의 피크 전류 응답을 교정 곡선에 맞추기 위하여 0.1M NaOH 로 100배 희석되었고, 최종 계산에서 얻어진 EA 의 농도에 희석 계수를 곱하였다.A 200 mg etidronate drug tablet was used to prepare three different concentrations (25.0, 50.0 and 100.0 M) of real samples of etidronic acid (EA) in 0.1 M NaOH diluent. The tablets were ground finely with the help of a mortar and pestle and dispersed in 0.1 M NaOH electrolyte as a diluent. The sample was then filtered to remove undissolved excipients. The filtered sample was diluted 100-fold with 0.1 M NaOH to fit the peak current response of EA to the calibration curve, and the concentration of EA obtained in the final calculation was multiplied by the dilution factor.

측정예 1. SEM(scanning electron microscopy) 이미지 Measurement Example 1. SEM (scanning electron microscopy) image

bare Au PCB, rGO-Au PCB, Ag@SiO2- Au PCB, rGO-Ag@SiO2- Au PCB의 표면 형태를 SEM (scanning electron microscopy)을 이용하여 조사하였다. bare Au PCB 에서 매끄러운 표면이 관찰되었으며(도 2(a)), 이는 rGO-Au PCB에서 rGO로 인해 얇은 시트 같은 단층 구조로 변하였다. (도 2(b)) Ag@SiO2-Au PCB는 균일하고 고르게 분포된 Ag@SiO2 마이크로스피어를 보여주었다. (도 2(c)) rGO-Ag@SiO2- Au PCB 전극의 SEM 측정결과는 rGO 단층 위에 Ag@SiO2마이크로스피어의 성공적인 흡착을 보여주었다. (도 2(d))The surface morphology of bare Au PCB, rGO-Au PCB, Ag@SiO 2 -Au PCB, and rGO-Ag@SiO2- Au PCB was investigated using SEM (scanning electron microscopy). A smooth surface was observed on the bare Au PCB (Fig. 2(a)), which changed to a thin sheet-like monolayer structure due to rGO on the rGO-Au PCB. (FIG. 2(b)) The Ag@SiO 2 -Au PCB showed uniform and evenly distributed Ag@SiO 2 microspheres. (FIG. 2(c)) SEM measurement results of the rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB electrode showed successful adsorption of Ag@SiO 2 microspheres on the rGO monolayer. (Fig. 2(d))

Ag이 박혀있는 SiO2 나노 입자를 인식하기 위해 TEM(transmission electron microscope) 분석을 수행했으며 도 3(a)는 Ag@SiO2 복합체의 나노 구조를 보여준다. 이미지는 은 나노 입자가 박혀있는 구형 SiO2 나노 입자의 존재를 확인하고 있다. 도 3(b)는 Ag@SiO2의 높은 각도의 고리모양(환상)의 어두운 영역 이미지를 보여준다. Ag@SiO2의 원소는 에너지 분산 X선 (EDX) 분광법 (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)으로 분석하였고 이를 통해 Ag@SiO2에 있는 Ag (도 3(c)), Si (도 3(d)) 및 O(도 3(e)) 원소들의 공간적 분포의 존재를 확인하였다.TEM (transmission electron microscope) analysis was performed to recognize Ag-embedded SiO 2 nanoparticles, and FIG. 3(a) shows the nanostructure of the Ag@SiO 2 composite. The image confirms the presence of spherical SiO 2 nanoparticles embedded with silver nanoparticles. Fig. 3(b) shows a high-angle annular (annular) dark field image of Ag@SiO 2 . Elements of Ag@SiO 2 were analyzed by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), and Ag (Fig. 3(c)), Si (Fig. 3(d)) in Ag@SiO 2 were analyzed. ) and O (FIG. 3(e)) confirmed the presence of spatial distribution of the elements.

Au PCB, rGO-Au PCB 및 rGO-Ag@SiO2-Au PCB의 원소 구성은 EDX 스펙트럼을 통해 분석되었다. Au PCB에서 관찰된 지배적인 원소는 Ni, Au, C 및 O이였으며, 해당 중량 퍼센트는 각각 63.4 wt%, 30.7 wt%, 5.2 wt% 및 0.7 wt% 였다. (도 4(a)) rGO-Au PCB는 57.9 wt% C 및 4.9 wt% O를 포함하였다. (도 4(b)) rGO-Ag@SiO2-Au PCB의 EDX 분석은 16.0 wt%, 8.8 wt%, 48.6 wt% 및 1.4 wt%의 상응하는 중량 퍼센트를 가진 C, O, Ag 및 Si의 존재를 확인했다. (도 4(c)) The elemental composition of Au PCB, rGO-Au PCB and rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB was analyzed through EDX spectra. The dominant elements observed in the Au PCB were Ni, Au, C, and O, with the corresponding weight percentages of 63.4 wt%, 30.7 wt%, 5.2 wt%, and 0.7 wt%, respectively. (FIG. 4(a)) The rGO-Au PCB contained 57.9 wt% C and 4.9 wt% O. (FIG. 4(b)) EDX analysis of the rGO-Ag@SiO2-Au PCB showed the presence of C, O, Ag and Si with corresponding weight percentages of 16.0 wt%, 8.8 wt%, 48.6 wt% and 1.4 wt%. I checked. (FIG. 4(c))

rGO, Ag@SiO2 및 rGO-Ag@SiO2의 흡수 스펙트럼 분석은 파장 범위 200-800 nm에서 수행되었다. (도 5(a)) rGO의 흡수 피크는 272.7 nm에서 관찰되었으며 Ag@SiO2의 매우 강한 흡수 피크가 410.2 nm에서 관찰되었다. rGO-Ag@SiO2 나노 복합체는 각각 276.8 및 408.6 nm의 파장에서 rGO 및 Ag@SiO2에 대한 흡수 피크를 보였습니다. rGO-Ag@SiO2 나노 복합체에 대한 두 개의 서로 다른 흡수 피크는 rGO 및 Ag@SiO2의 존재를 입증한다.Absorption spectra of rGO, Ag@SiO 2 and rGO-Ag@SiO 2 were analyzed in the wavelength range of 200–800 nm. (FIG. 5(a)) The absorption peak of rGO was observed at 272.7 nm and the very strong absorption peak of Ag@SiO 2 was observed at 410.2 nm. The rGO-Ag@SiO 2 nanocomposite showed absorption peaks for rGO and Ag@SiO 2 at wavelengths of 276.8 and 408.6 nm, respectively. Two different absorption peaks for the rGO-Ag@SiO 2 nanocomposite demonstrate the presence of rGO and Ag@SiO 2 .

rGO, Ag@SiO2 및 rGO-Ag@SiO2의 개별 기능 그룹들은 푸리에 변환 적외선(Fourier transform infrared, FTIR) 분광법에 의해 연구되었다.Individual functional groups of rGO, Ag@SiO 2 and rGO-Ag@SiO 2 were studied by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy.

분석은 500에서 4,000cm-1 파수(wave number)를 사용하여 수행되었다. (도 5(b)) C-OH (1190 cm-1), C = C (1556 cm-1) 및 O-H (3695 cm-1) 진동은 rGO에서 식별되었다. 831, 978, 2896 및 2981 cm-1의 파수에서 기록된 Ag@SiO2의 밴드는 각각 Si-O, Si-OH, -CH2 및 -CH2에 해당하였다. rGO-Ag@SiO2 나노 복합체가 형성된 이후 rGO 및 Ag@SiO2에 존재하는 개별 진동이 C-OH(1212 cm-1), C=C (1553 cm-1), O-H (3675 cm-1) 로 확인되었고, Ag@SiO2에 존재하는 개별 진동이 Si-O (827 cm-1), Si-OH (983 cm-1), -CH2 (2900 cm-1), and -CH2 (2985 cm-1)로 확인되었다. rGO-Ag@SiO2에서 rGO 및 Ag@SiO2의 개별 밴드의 존재는 나노 복합체가 간단한 프로브 초음파 처리 과정으로 인해 성공적으로 형성되었음을 입증한다.Analysis was performed using wave numbers from 500 to 4,000 cm -1 . (FIG. 5(b)) C-OH (1190 cm -1 ), C = C (1556 cm -1 ) and OH (3695 cm -1 ) vibrations were identified in rGO. The bands of Ag@SiO 2 recorded at wavenumbers of 831, 978, 2896 and 2981 cm -1 corresponded to Si-O, Si-OH, -CH 2 and -CH 2 , respectively. After the rGO-Ag@SiO 2 nanocomposite was formed, the individual vibrations present in rGO and Ag@SiO 2 were C-OH (1212 cm -1 ), C=C (1553 cm -1 ), and OH (3675 cm -1 ). , and the individual vibrations present in Ag@SiO 2 are Si-O (827 cm -1 ), Si-OH (983 cm -1 ), -CH 2 (2900 cm -1 ), and -CH 2 (2985 cm −1 ). The presence of individual bands of rGO and Ag@SiO 2 in rGO-Ag@SiO 2 demonstrates that the nanocomposite was successfully formed due to a simple probe sonication process.

X선 광전자 분광법 (X-ray photoelectron spectroscopy)은 rGO-Ag@SiO2 나노 복합체에서 원소와 전자 상태를 분석하기 위해 사용되었다. 분석 결과는 rGO-Ag@SiO2 나노 복합체에서 C, O, Ag 및 Si의 존재를 보여주었다. (도 6(e)) 확장된 C 1S 스펙트럼 (도 6(a))에서, Deconvoluted(스펙트럼에서 나타난 어느 피크를 서로 다른 여러 피크로 분리된) 피크는 각각 C-C, C-O 및 C = O 스펙트럼에 기인한 284.4, 286.8 및 288.9 eV 였다. 확장된 O 1s 스펙트럼 (도 6(b))은 C-O, Si-O 및 C = O 스펙트럼에 상응하는 534.3, 532.5 및 530.8 eV 인 deconvoluted 피크를 보여주었다. 도 6(c)에 표시된 확장된 Ag 3d 스펙트럼은 Ag 3d5 / 2 (368.5 eV) 및 Ag 3d3 / 2(374.4eV)에 기인한 두 개의 궤도(오비탈)를 포함하고 있다. 확장된 Si 2p 스펙트럼 (도 6(d))은 103.2 eV에서 관찰되었다. X-ray photoelectron spectroscopy was used to analyze the elemental and electronic states in the rGO-Ag@SiO 2 nanocomposite. The analysis results showed the presence of C, O, Ag and Si in the rGO-Ag@SiO 2 nanocomposite. (FIG. 6(e)) In the extended C 1S spectrum (FIG. 6(a)), the deconvoluted peak (separating a peak in the spectrum into several different peaks) is attributed to the CC, CO, and C = O spectra, respectively. were 284.4, 286.8 and 288.9 eV. The extended O 1s spectrum (Fig. 6(b)) showed deconvoluted peaks at 534.3, 532.5 and 530.8 eV corresponding to the CO, Si-O and C = O spectra. The extended Ag 3d spectrum shown in Fig. 6(c) contains two orbitals (orbitals) attributed to Ag 3d 5/2 (368.5 eV) and Ag 3d 3/2 (374.4 eV). An extended Si 2p spectrum (FIG. 6(d)) was observed at 103.2 eV.

측정예 2. rGO-Ag@SiO2-Au PCB의 전기화학적 특성Measurement Example 2. Electrochemical characteristics of rGO-Ag@SiO2-Au PCB

전기 화학적 활성 표면적 (electrochemical active surface area, ECASA)을 추정하기 위해 두 가지 방법이 사용되었다. 첫 번째 방법은 거칠기 계수(roughness factor)의 추정을 포함하고 두 번째 방법은 산화 환원 프로브 [(K3Fe(CN)6]의 존재 하에 ECASA의 평가를 포함한다.Two methods were used to estimate the electrochemical active surface area (ECASA). The first method involves the estimation of the roughness factor and the second method involves the evaluation of ECASA in the presence of the redox probe [(K3Fe(CN) 6 ].

전극의 거칠기 계수(Roughness factor, Rf)는 이중층 커패시턴스(Capacitance of double layer, Cdl)에서 계산된다. 비 패러데이 전류는 -0.7 ~ -0.2V의 전압 범위 및 서로 다른 스캔 속도 (25 ~ 200mV / s)에서 포획되었다. -0.45V에서 전류 밀도는 Cdl을 구성하는 것으로 간주되었다. 도 7(a) 및 (b)는 각각 0.1M KCl에서 bare Au PCB 및 rGO-Ag@SiO2-Au PCB의 순환 전압 전류 법(Cyclic Voltammetry, CV) 응답을 보여준다. bare Au 및 rGO-Ag@SiO2-Au PCB의 계산된 Cdl 값은 각각 1.58 및 2.20mF / mm2였다. (도 7(c)) 이는 rGO-Ag @ SiO2 나노 복합체로 Au PCB를 개질함으로 인해 Au PCB의 거칠기 계수가 1.4 배 증가했음을 보여준다.The roughness factor (Rf) of the electrode is calculated from the double layer capacitance (Cdl). Non-Faraday currents were captured over a voltage range of −0.7 to −0.2 V and at different scan rates (25 to 200 mV/s). The current density at −0.45 V was considered to constitute Cdl. 7(a) and (b) show the cyclic voltammetry (CV) responses of bare Au PCB and rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB in 0.1M KCl, respectively. The calculated Cdl values of bare Au and rGO-Ag@SiO 2 -Au PCBs were 1.58 and 2.20 mF/mm 2 , respectively. (FIG. 7(c)) This shows that the roughness factor of the Au PCB increased by 1.4 times by modifying the Au PCB with the rGO-Ag @ SiO2 nanocomposite.

bare Au PCB 및 rGO-Ag@SiO2-Au PCB의 ECASA 값 평가는 0.1 M KCl에 5mM K3Fe(CN)6의 존재 하에 수행되었다. 도 7(d), (e)는 각각 bare Au PCB 및 rGO-Ag@SiO2로 개질된 Au PCB의 CV 응답을 보여준다. Randles-Sevcik 방정식이 ECASA 값을 추정하기 위해 적용되었다. ECASA evaluation of bare Au PCB and rGO-Ag@SiO2-Au PCB was performed in the presence of 5mM K 3 Fe(CN) 6 in 0.1 M KCl. 7(d) and (e) show the CV responses of a bare Au PCB and an Au PCB modified with rGO-Ag@SiO 2 , respectively. The Randles-Sevcik equation was applied to estimate ECASA values.

I pa = 2.69 × 105 n 3/2 AD 1/2 C 1/2 I pa = 2.69 × 105 n 3/2 AD 1/2 C 1/2

여기서 Ipa = 양극 피크 전류, n = 전달 된 전자 수, A = ECASA, D = 확산 계수 (D = 7.6 × 10-6 cm2 / s), C는 칼륨 페리 시안화물 농도 (mol / cm3), = 스캔 속도 (mV / s). where I pa = anodic peak current, n = number of electrons transferred, A = ECASA, D = diffusion coefficient (D = 7.6 × 10-6 cm 2 / s), C is potassium ferricyanide concentration (mol / cm 3 ) , = scan rate (mV/s).

Au PCB 및 rGO-Ag@SiO2로 개질된 Au PCB (rGO-Ag@SiO2-Au PCB)의 계산된 ECASA 값은 각각 2.210 및 13.812 mm2인 것으로 확인되었다. (표 1) 표면적과 관련하여 실제 백분율 값 (%)은 ECASA와 Au PCB의 기하학적 표면적 사이의 비율(ratio)로서, 122.3 %로 밝혀졌다.The calculated ECASA values of the Au PCB and the Au PCB modified with rGO-Ag@SiO 2 (rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB) were found to be 2.210 and 13.812 mm 2 , respectively. (Table 1) The actual percentage value (%) in relation to the surface area is the ratio between the ECASA and the geometric surface area of the Au PCB, which is found to be 122.3%.

[표 1][Table 1]

Figure 112020128896842-pat00001
Figure 112020128896842-pat00001

5mM K3Fe(CN)6의 존재 하에, 산화 환원 프로브로서, 전기 화학적 임피던스 분광법(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS)이 0.1mHz와 1MHz 사이의 진동수 범위에서 rGO-Ag@SiO2로 개질된 Au PCB (rGO-Ag@SiO2-Au PCB) 전극을 특성화하는데 사용되었다. 전극의 낮은 주파수에서는 확산이 촉진되었던 반면 높은 주파수는 저항을 생성시킬 수 있었다. bare Au PCB는 8.62kΩ의 더 높은 전하 이동 저항(Rct)을 보여주었다. (도 8)In the presence of 5mM K 3 Fe(CN) 6 , as a redox probe, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was performed on an rGO-Ag@SiO 2 -modified Au PCB in the frequency range between 0.1 mHz and 1 MHz ( rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB) electrode. Diffusion was promoted at low frequencies of the electrodes, while high frequencies could create resistance. The bare Au PCB showed a higher charge transfer resistance (Rct) of 8.62 kΩ. (Fig. 8)

이 연구에서 rGO로 개질된 Au PCB (rGO-Au PCB)는 다른 개질된 PCB에 비해 가장 낮은 Rct (5.53KΩ)를 나타내었다. rGO의 빠른 전자 수송은 rGO-Au PCB 전극 인터페이스에서 빠른 전하 이동을 일으키는데, 이는 rGO로 개질된 Au PCB의 낮은 Rct 에 기인한 것 일 수 있다. Ag@SiO2로 개질된 Au PCB (Ag@SiO2-Au PCB)는, Ag@SiO2-Au PCB 전극에 전자 차단 층이 생성됨으로 인해 높은 Rct (7.73KΩ)를 보여주었다. Ag@SiO2-Au PCB 상의 전기 음성 전하 형성은 Ag@SiO2-Au PCB와 ferricyanide 이온 사이에 정전기적 반발을 일으켰고 이는 또한 전자 차단 층을 생성했다. In this study, the rGO-modified Au PCB (rGO-Au PCB) showed the lowest Rct (5.53KΩ) compared to other modified PCBs. The fast electron transport of rGO causes fast charge transfer at the rGO-Au PCB electrode interface, which can be attributed to the low Rct of the rGO-modified Au PCB. The Au PCB modified with Ag@SiO 2 (Ag@SiO 2 -Au PCB) showed a high Rct (7.73KΩ) due to the formation of an electron blocking layer on the Ag@SiO2-Au PCB electrode. The formation of an electronegative charge on the Ag@SiO 2 -Au PCB caused an electrostatic repulsion between the Ag@SiO 2 -Au PCB and ferricyanide ions, which also created an electron blocking layer.

rGO-Ag@SiO2로 개질된 Au PCB(rGO-Ag@SiO2-Au PCB)는 낮은 Rct(6.60KΩ)를 생성했다. rGO-Ag@SiO2에 rGO가 있으면 rGO-Ag@SiO2-Au PCB의 전하 이동이 향상될 수 있다. 이 EIS(Electrochemical impedance spectroscopy) 연구를 통해 rGO-Ag@SiO2로 개질된 Au PCB에서 rGO의 중요성 및 rGO-Ag@SiO2-Au PCB 에서 확산이 발생된 것을 확인할 수 있었다.The Au PCB modified with rGO-Ag@SiO 2 (rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB) produced a low Rct (6.60 KΩ). The presence of rGO in the rGO-Ag@SiO 2 can enhance the charge transfer of the rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB. Through this EIS (electrochemical impedance spectroscopy) study, it was confirmed that the importance of rGO in the Au PCB modified with rGO-Ag@SiO 2 and diffusion occurred in the rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB.

측정예 3. Optimization of the rGO and Ag@SiO2 quantitiesMeasurement Example 3. Optimization of the rGO and Ag@SiO2 quantities

rGO 및 Ag@SiO2의 최적화는 rGO의 농도를 0에서 1 mg/mL (0, 0.5 및 1.0 mg/mL)로 증가시킨 반면, Ag@SiO2의 농도를 1 mg/mL로 고정하여 수행하였다. rGO 및 Ag@SiO2 로딩량의 최적화는 1mM EA를 포함하는 0.1M NaOH에서의 CV(Cyclic Voltammetry)를 통해 조사되었다. rGO-Ag@SiO2의 서로 다른 농도에 대한 CV 반응은 rGO의 농도가 0에서 1mg/mL로 증가함에 따라 양극 피크 전류가 19.4μA로 향상되었음을 보여주었다. (도 9) 이것은 EA의 전기 화학적 검출에서 전기 촉매 활성을 향상시키는 데 rGO의 중요성을 보여준다.Optimization of rGO and Ag@SiO 2 was performed by increasing the concentration of rGO from 0 to 1 mg/mL (0, 0.5 and 1.0 mg/mL), while holding the concentration of Ag@SiO 2 at 1 mg/mL. . Optimization of rGO and Ag@SiO 2 loading was investigated through cyclic voltammetry (CV) in 0.1M NaOH containing 1mM EA. The CV response to different concentrations of rGO-Ag@SiO 2 showed that the anode peak current improved to 19.4 μA as the concentration of rGO increased from 0 to 1 mg/mL. (Fig. 9) This shows the importance of rGO in enhancing the electrocatalytic activity in the electrochemical detection of EA.

측정예 4. rGO의 라만 스펙트럼 분석Measurement Example 4. Raman spectrum analysis of rGO

라만 스펙트럼 분석을 한 결과 흑연(graphite), GO 및 rGO에 대해 두 가지 특징적인 피크, 즉 D (그래핀 내의 결함) 및 G (대칭 피크) 밴드와 약한 2D 밴드가 기록되었다. 도 10 은 흑연, GO 및 rGO의 라만 스펙트럼 분석을 보여준다. ID / IG 값은 그래핀의 장애(disorder)에 대한 정보를 제공하며 GO와 rGO를 구별하는 데 사용할 수 있다. GO가 rGO로 변환됨에 따라 ID / IG가 증가하거나 감소할 수 있다. 흑연, GO 및 rGO에 대한 해당 라만 이동 값의 강도는 표 2에 나와 있다. 흑연에서는 약한 D (1330.5cm-1), 강렬한 G (1560.1cm-1) 및 2D (2679.3cm-1) 피크가 관찰되었다. GO는 각각 1340.9, 1573.5 및 2654.3 cm-1에서 강렬한 D 및 G 피크와 약한 2D 피크를 나타냈다. 마지막으로 rGO에서는 매우 약한 2D 피크 (2670.9cm-1)와 함께 고강도 D (1348.4cm-1) 및 G (1585.4cm-1) 피크가 관찰되었다. ID / IG의 증가는 GO 및 rGO의 높은 결함 밀도를 강력하게 시사한다. rGO는 흑연 및 GO에 비해 ID / IG 값이 높고, 이는 나노 결정질 방향족 탄소의 수가 더 많은 것을 의미한다.Raman spectral analysis revealed two characteristic peaks for graphite, GO and rGO: D (defects in graphene) and G (symmetric peaks) bands and a weak 2D band. 10 shows Raman spectral analysis of graphite, GO and rGO. I D / I G values provide information about the disorder of graphene and can be used to distinguish GO from rGO. As GO is converted to rGO, I D / I G may increase or decrease. The intensities of the corresponding Raman shift values for graphite, GO and rGO are shown in Table 2. In graphite, weak D (1330.5 cm -1 ), intense G (1560.1 cm -1 ) and 2D (2679.3 cm -1 ) peaks were observed. GO exhibited intense D and G peaks and weak 2D peaks at 1340.9, 1573.5 and 2654.3 cm −1 , respectively. Finally, high-intensity D (1348.4 cm -1 ) and G (1585.4 cm -1 ) peaks were observed in rGO along with a very weak 2D peak (2670.9 cm -1 ). The increase of I D /I G strongly suggests the high defect density of GO and rGO. rGO has a higher I D / I G value compared to graphite and GO, which means a higher number of nanocrystalline aromatic carbons.

[표 2][Table 2]

Figure 112020128896842-pat00002
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측정예 5. rGO-Ag@SiO2로 개질된 Au PCB에서 에티드론산의 전기화학적 산화Measurement Example 5. Electrochemical oxidation of etidronic acid on Au PCB modified with rGO-Ag@SiO 2

rGO-Ag @ SiO2로 개질된 Au PCB (rGO-Ag @ SiO2-Au PCB)에서 에티드론산(Etidronic acid, EA)의 효과를 연구하기 위해, 0.1M NaOH에있는 1mM EA를 사용했다. EA의 산화 전위와 EA에 대한 rGO-Ag@SiO2-Au PCB의 전기 촉매적 활성을 조사하기 위해 EA의 존재 및 부재 하에 CV 응답이 얻어졌다. (도 11(a)) 1mM EA를 추가한 후, 0.67V에서 전류 응답이 19.4μA로 증가했다. 이것은 rGO-Ag@SiO2로 개질된 Au PCB의 향상된 전기 촉매적 능력 및 ECASA를 보여주었다. To study the effect of etidronic acid (EA) on Au PCB modified with rGO-Ag @ SiO 2 (rGO-Ag @ SiO 2 -Au PCB), 1 mM EA in 0.1 M NaOH was used. CV responses were obtained in the presence and absence of EA to investigate the oxidation potential of EA and the electrocatalytic activity of the rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB on EA. (FIG. 11(a)) After adding 1 mM EA, the current response increased to 19.4 μA at 0.67 V. It showed enhanced electrocatalytic ability and ECASA of Au PCB modified with rGO-Ag@SiO 2 .

EA는 그 구조 내에 수많은 하이드록실기를 포함하고 있기 때문에, SiO2와 EA의 -OH 그룹 사이의 수소 결합의 강화는 EA를 향한 높은 선택성의 원인일 수 있다. rGO-Ag@SiO2-Au PCB 전극의 개별 레이어에서 EA의 전기 화학적 산화가 조사되었다. bare Au PCB, rGO-Au PCB, Ag @ SiO2-Au PCB 및 rGO-Ag @ SiO2-Au PCB 전극은 0.1M NaOH 전해질 (pH = 13)에서 1mM EA의 존재 하에 연구되었다. 도 11(b)는 rGO-Ag@SiO2-Au PCB 전극의 개별 레이어에 대한 CV 응답을 보여준다. bare Au PCB는 EA에 대한 상당한 전류 응답을 표시하지 못하였고 0.61V에서 EA에 대해 매우 무시할 수 있는 전류 (0.25μA)를 얻었다. rGO-Au PCB에 대해 현재 응답의 상당한 증가 (3.45μA)는 0.67V에서 관찰되었다. Ag@SiO2-Au PCB는 0.68V에서 향상된 전류 응답 (5.99μA)을 생성하였다. 위와 같이 개별 레이어로 개질된 Au PCB의 경우 상승된 전류 응답을 보여주지 못했지만, rGO-Ag@SiO2-Au PCB는 0.67V에서 19.4μA 의 전류 응답을 생성하였고 이는 bare Au PCB의 전류 응답 보다 77.6 배 더 높았다. rGO-Ag@SiO2-Au PCB에서 EA에 대한 더 높은 전류 응답은 향상된 전기 촉매적 활성과 전자 이동을 확인시켜주었다. Since EA contains numerous hydroxyl groups in its structure, the strengthening of hydrogen bonds between SiO 2 and -OH groups of EA may be responsible for the high selectivity toward EA. The electrochemical oxidation of EA on individual layers of an rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB electrode was investigated. Bare Au PCB, rGO-Au PCB, Ag @ SiO 2 -Au PCB and rGO-Ag @ SiO 2 -Au PCB electrodes were studied in the presence of 1 mM EA in 0.1 M NaOH electrolyte (pH = 13). Fig. 11(b) shows the CV responses of individual layers of the rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB electrode. The bare Au PCB did not show a significant current response to EA and obtained a very negligible current (0.25 μA) across EA at 0.61V. A significant increase in current response (3.45 μA) was observed at 0.67 V for the rGO-Au PCB. The Ag@SiO 2 -Au PCB produced an improved current response (5.99 μA) at 0.68 V. Although the Au PCB modified with individual layers as above did not show an elevated current response, the rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB produced a current response of 19.4 μA at 0.67 V, which was 77.6 μA higher than the current response of the bare Au PCB. times higher. The higher current response to EA on the rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB confirmed the enhanced electrocatalytic activity and electron transfer.

측정예 6. pH와 스캔 속도의 효과Measurement Example 6. Effect of pH and scan rate

0.1M NaOH 에서 1mM EA의 전기 화학적 산화에 대한 스캔 속도의 효과를 평가하기 위해, CV 응답이 25 ~ 200mV / s의 스캔 속도로 기록되었으며 그 결과는 도 12(a)에 나타난 바와 같다. 0.67V에서, 산화된 EA에 해당하는 양극 피크 전류는 스캔 속도가 증가함에 따라 증가한다. Randles-Sevcik 방정식이 rGO-Ag@SiO2-Au PCB에서 EA의 전기 화학적 산화 과정을 연구하기 위해 적용되었다.To evaluate the effect of scan rate on the electrochemical oxidation of 1 mM EA in 0.1 M NaOH, CV responses were recorded at scan rates of 25 to 200 mV/s and the results are shown in Fig. 12(a). At 0.67 V, the anode peak current corresponding to oxidized EA increases with increasing scan rate. The Randles-Sevcik equation was applied to study the electrochemical oxidation process of EA on rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB.

스캔 속도의 제곱근 (1/2)과 EA의 해당 양극 피크 전류 사이의 선형 그래프(도 12(b))는 EA의 전기 화학적 산화가 확산 과정이라는 구체적인 확인을 제공한다.A linear graph between the square root of the scan rate ( 1/2 ) and the corresponding anodic peak current of EA (FIG. 12(b)) provides specific confirmation that the electrochemical oxidation of EA is a diffusion process.

전기 화학 센서의 안정성과 성능을 향상시키기 위해, 1mM EA를 포함하고 있는 세 개의 서로 다른 pH 배지에서 pH 연구가 수행되었다. : 0.1M 아세테이트 완충액 (pH = 4.4), 10mM PBS (pH = 7.4) 및 0.1M NaOH (pH = 13) To improve the stability and performance of the electrochemical sensor, pH studies were performed in three different pH media containing 1 mM EA. : 0.1M acetate buffer (pH = 4.4), 10mM PBS (pH = 7.4) and 0.1M NaOH (pH = 13)

전해질의 pH가 증가함에 따라 산화 전위(Ep)가 음으로 이동한 것이 관찰되었고(도 12(c)) 낮은 전류 응답 (3.29μA)이 산성 배지에서 관찰되었다. 중성 pH에서는 산성 배지에 비해 향상된 피크 전류 (10.3μA)가 관찰되었다. EA 의 최고 피크 전류(18.4μA)는 0.1M NaOH 및 pH = 13의 0.68V에서 관찰되었다. A negative shift of the oxidation potential (Ep) was observed with increasing pH of the electrolyte (Fig. 12(c)) and a low current response (3.29 μA) was observed in acidic medium. An enhanced peak current (10.3 μA) was observed at neutral pH compared to the acid medium. The highest peak current (18.4 μA) of EA was observed at 0.68 V in 0.1 M NaOH and pH = 13.

측정예 7. EA 검출의 메커니즘Measurement Example 7. EA Detection Mechanism

EA는 3차 알코올의 산화와 유사한 산화 절차를 따른다. (도 13) EA의 산화의 경우 처음에는 산화로 인해 C-P 결합이 깨지면서 인산염 이온의 형성을 야기한다. 산화 과정은 전자 수 보다 1.5 배 많은 양성자가 참여함으로써 주도된다. 두 번째 단계는 중간 생성물에서 H2O를 제거하는 것을 포함한다. 마지막 단계는 C-P 결합의 분열을 다루고, 3 개의 양성자와 2 개의 전자가 참여하여 인산염 이온을 생성한다. EA follows an oxidation procedure similar to that of tertiary alcohols. (FIG. 13) In the case of oxidation of EA, the CP bond is initially broken due to oxidation, resulting in the formation of phosphate ions. The oxidation process is driven by the participation of 1.5 times more protons than electrons. The second step involves removing H 2 O from the intermediate product. The final step deals with the cleavage of the CP bond, with the participation of 3 protons and 2 electrons, creating a phosphate ion.

도 14는 EA의 전기 화학적 검출에서 rGO-Ag@SiO2로 개질된 Au PCB (rGO-Ag@SiO2-Au PCB)가 어떻게 향상된 전자 전달을 촉진하는지를 보여준다 . 향상된 EA의 전기 화학적 검출은 rGO-Ag@SiO2 복합재가 보유한 많은 활성 부위 외에도 rGO-Ag@SiO2로 개질된 Au PCB의 향상된 ECASA에 기인한다.14 shows how the Au PCB modified with rGO-Ag@SiO 2 (rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB) promotes enhanced electron transport in the electrochemical detection of EA . The improved electrochemical detection of EA is attributed to the enhanced ECASA of the Au PCB modified with rGO-Ag@SiO 2 in addition to the many active sites possessed by the rGO-Ag@SiO 2 composite.

측정예 8. DPV 연구Measurement Example 8. DPV Study

다양한 농도의 EA에서 rGO-Ag@SiO2로 개질된 Au PCB 전극(rGO-Ag@SiO2-Au PCB)의 타당성 검증은 차등 펄스 전압전류법(Differential Pulse Voltammetric, DPV) 기술을 사용하여 수행되었다. EA의 농도가 증가함에 따라, EA의 산화 피크 전류가 증가하였다. 도 15(a)는 다양한 농도의 EA 에서 얻어진 DPV 곡선을 보여준다. EA의 검증된 Ep는 0.68V에서 얻었다. EA의 Ep는 일정하게 유지되었으며 rGO-Ag@SiO2로 개질된 Au PCB 전극은 상당한 안정성을 보여주었다. EA 농도 대 산화 피크 전류 플롯(도 15(b))은 EA 농도가 증가함에 따라 EA의 산화 피크 전류가 선형적으로 증가함을 보여주고 있다. EA 농도 대 EA 피크 전류의 선형 표현은 Y = 0.0497X + 1.0293 (R2 = 0.9890)으로 쓸 수 있다. 오류 bar는 다섯 가지 결정요소의 표준 편차를 의미한다. The feasibility verification of the Au PCB electrode (rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB) modified with rGO-Ag@SiO 2 at various concentrations of EA was performed using the Differential Pulse Voltammetric (DPV) technique. . As the concentration of EA increased, the oxidation peak current of EA increased. Figure 15(a) shows DPV curves obtained at various concentrations of EA. The verified Ep of EA was obtained at 0.68V. The Ep of EA was kept constant and the Au PCB electrode modified with rGO-Ag@SiO 2 showed considerable stability. The EA concentration versus oxidation peak current plot (FIG. 15(b)) shows that the oxidation peak current of EA increases linearly as the EA concentration increases. A linear expression of EA concentration versus EA peak current can be written as Y = 0.0497X + 1.0293 (R 2 = 0.9890). The error bar represents the standard deviation of the five determinants.

EA 의 전기 화학적 검출에 있어서 검출 한계 (Limit of detection, LOD)를 계산하기 위해, IUPAC 방법이 사용되었다. 이 방법에 따라 0.1 M NaOH의 빈 주입이 10 회 추가되었고 DPV 응답이 기록되었다. To calculate the limit of detection (LOD) for the electrochemical detection of EA, the IUPAC method was used. Following this method, 10 empty injections of 0.1 M NaOH were added and the DPV response was recorded.

LOD = 3SB / S (SB : 10 공백 샘플의 표준편차, S : 교정 곡선의 기울기) LOD = 3S B /S (S B : standard deviation of 10 blank samples, S : slope of calibration curve)

rGO-Ag@SiO2로 개질된 Au PCB에 있어서, EA의 전기 화학적 검출의 LOD는 0.68μM로 계산되었다. 구성된 선형 방정식은 실제 샘플 분석에서 알려지지 않은 EA의 농도를 결정하는 데 사용될 수 있다. rGO-Ag@SiO2-Au PCB 기반의 EA 센서의 효과가 이전에 평가된 센서와 비교되었으며, 결과는 표 3에 나와 있다. For the Au PCB modified with rGO-Ag@SiO 2 , the LOD of electrochemical detection of EA was calculated to be 0.68 μM. The constructed linear equation can be used to determine the unknown concentration of EA in real sample analysis. The effectiveness of the EA sensor based on the rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB was compared with previously evaluated sensors, and the results are shown in Table 3.

[표 3][Table 3]

Figure 112020128896842-pat00003
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측정예 9. 안정성, 재현성, 재사용성Measurement Example 9. Stability, reproducibility, reusability

pH = 13에서 0.1M NaOH에 1mM EA의 존재 하에 CV를 통해 rGO-Ag@ SiO2-Au PCB 전기 화학 센서의 작동 안정성이 평가되었다.The operational stability of the rGO-Ag@ SiO 2 -Au PCB electrochemical sensor was evaluated via CV in the presence of 1 mM EA in 0.1 M NaOH at pH = 13.

20개의 CV 주기가 기록되었고, 20 번째 사이클이 끝날 때 초기 피크 전류의 92.7 %가 유지되었다. EA 검출에 있어서 rGO-Ag@SiO2-Au PCB의 장기간 안정성을 평가하기 위해 rGO-Ag@SiO2-Au PCB는 상온 (25 ℃)에서 보관되었고, 저장 안정성 연구가 4 주 동안 7 일 간격으로 수행되었다. 넷째 주의 말에, 초기 피크 전류의 DPV 피크 전류 응답의 93.1 %가 유지되었다. 20 CV cycles were recorded, and 92.7% of the initial peak current was maintained at the end of the 20th cycle. To evaluate the long-term stability of the rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB in EA detection, the rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB was stored at room temperature (25 °C), and storage stability studies were conducted at 7-day intervals for 4 weeks. has been carried out At the end of the fourth week, 93.1% of the DPV peak current response of the initial peak current was maintained.

100.0 μM EA의 전기화학적 검출에 있어서 rGO-Ag@SiO2-Au PCB의 재사용성 평가는 DPV 기술을 사용하여 수행되었다. 단일 rGO-Ag@SiO2-Au PCB는 8 번의 실행에 계속하여 사용되었다. 실행이 끝날 때마다 rGO-Ag@SiO2-Au PCB를 0.1M NaOH 버퍼로 세척하여 Au PCB에 흡착된 산화된 형태의 EA를 제거했다. 관찰된 DPV 전류 응답은 8 회의 실행을 비교하기 위해 막대 차트 (도 16)에 표시하였다. 8 회의 실행 사이에서 평가된 상대 표준 편차 (% RSD)가 3.51 % 로 계산되었다.The evaluation of the reusability of the rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB in the electrochemical detection of 100.0 μM EA was performed using the DPV technique. A single rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB was used continuously for 8 runs. At the end of each run, the rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB was washed with 0.1M NaOH buffer to remove the oxidized form of EA adsorbed on the Au PCB. Observed DPV current responses were plotted in a bar chart (FIG. 16) for comparison across 8 runs. The relative standard deviation (% RSD) evaluated between the 8 runs was calculated to be 3.51 %.

rGO-Ag@SiO2-Au PCB의 재현성은 0.1M NaOH에서 100.0μM EA의 존재 하에 4 개의 독립적인 rGO-Ag @ SiO2-Au PCB를 사용하여 조사되었다. EA의 DPV 전류 응답 사이의 % RSD는 2.88 %로 평가되었다. The reproducibility of the rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB was investigated using four independent rGO-Ag @ SiO 2 -Au PCBs in the presence of 100.0 μM EA in 0.1 M NaOH. The % RSD between DPV current responses of EA was estimated at 2.88%.

표 4은 EA 검출에 있어서 rGO-Ag @ SiO2의 센서 매개 변수들의 성능을 보여준다.Table 4 shows the performance of sensor parameters of rGO-Ag @ SiO 2 in EA detection.

[표 4][Table 4]

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Figure 112020128896842-pat00004

측정예 10 간섭 연구Measurement Example 10 Interference Study

rGO-Ag@SiO2-Au PCB에서 EA 검출의 선택성(Selectivity)은 다른 부형제, 공존하는 간섭 물질 및 이온 간섭 물질의 존재 하에 평가되었다. EA의 피크 전류 및 Ep에서, 선택도 및 간섭 물질의 효과를 결정하기 위해, 50μM 의 EA를 각각 다른 간섭 물질 5mM에 추가했다. : 포도당(Glu), 요산 (UA), 아스코르브산 (AA), 수산화 칼륨 (KOH), 전분, 질산 (HNO3), 염화나트륨 (NaCl), 마그네슘 스테아레이트 (MS) 및 세틸 트리메틸브롬화 암모늄 (CTAB). 기록된 DPV 응답은 도 17(a)에나와 있다. The selectivity of EA detection on the rGO-Ag@SiO 2 -Au PCB was evaluated in the presence of different excipients, coexisting and ion-interfering substances. To determine the effect of selectivity and interferers on the peak current of EA and Ep, 50 μM of EA was added to 5 mM of each other interferer. : Glucose (Glu), uric acid (UA), ascorbic acid (AA), potassium hydroxide (KOH), starch, nitric acid (HNO 3 ), sodium chloride (NaCl), magnesium stearate (MS) and cetyl trimethylammonium bromide (CTAB) . The recorded DPV response is shown in Fig. 17(a).

EA 피크 전류에 대한 서로 다른 간섭 물질의 효과에 대한 비교는 도 17(b)에 표시되어있다. 표 5는 서로 다른 간섭 물질의 첨가 후에 EA의 Ep 값 및 전류 응답을 보여준다. EA의 Ep에서 큰 변화는 관찰되지 않았다. 간섭 물질의 추가로 인한 EA 피크 전류의 변화는 5 % 미만이었습니다. 이것은 개발된 센서가 EA에 대해 매우 선택적이라는 것을 입증한다.A comparison of the effect of different interfering substances on the EA peak current is shown in Fig. 17(b). Table 5 shows the Ep values and current response of EA after addition of different interfering substances. No significant changes were observed in Ep of EA. The change in EA peak current due to the addition of interfering substances was less than 5%. This demonstrates that the developed sensor is highly selective for EA.

[표 5][Table 5]

Figure 112020128896842-pat00005
Figure 112020128896842-pat00005

측정예 11. 실제 샘플의 분석Measurement Example 11. Analysis of real samples

제안된 센서의 실시간 적용을 확인하기 위해, 에티드로네이트(etidronate) 정제에서의 EA의 농도(25.0, 50.0 및 100.0 μM) 분석에 rGO-Ag@SiO2로 개질된 Au PCB (rGO-Ag@SiO2-Au PCB) 기반 전기 화학 센서가 사용되었다. 얻어진 DPV 전류 응답(도 18)은 실제 샘플에 존재하는 EA의 농도를 계산하기 위해 검량선 (Y = 0.0497X + 1.0293)으로 피팅되었다. 제약 샘플에서 EA의 회수율은 98.3 %와 102.9 % 사이로 계산되었다. (표 6) To confirm the real-time application of the proposed sensor, the Au PCB modified with rGO-Ag@SiO 2 (rGO-Ag@ An electrochemical sensor based on a SiO 2 -Au PCB) was used. The obtained DPV current response (FIG. 18) was fitted with a calibration curve (Y = 0.0497X + 1.0293) to calculate the concentration of EA present in the actual sample. Recovery of EA from pharmaceutical samples was calculated to be between 98.3% and 102.9%. (Table 6)

[표 6][Table 6]

Figure 112020128896842-pat00006
Figure 112020128896842-pat00006

Claims (7)

Au PCB(Au printed circuit board) 기재; 및
상기 Au PCB 기재 상에 형성되어 있는 환원된 그래핀옥사이드-은@이산화규소 나노 복합체(rGO-Ag@SiO2)로 이루어진 층;을 포함하는 에티드론산의 나노복합체 기반 전기화학적 검출 센서
Au printed circuit board (Au PCB) substrate; and
A nanocomposite-based electrochemical detection sensor of etidronic acid comprising a layer made of reduced graphene oxide-silver@silicon dioxide nanocomposite (rGO-Ag@SiO 2 ) formed on the Au PCB substrate.
제1항에 있어서,
상기 환원된 그래핀옥사이드-은@이산화규소 나노복합체(rGO-Ag@SiO2)는 Ag@SiO2가 rGO(reduced graphene oxide)에 흡착되어 있는 것을 특징으로 하는 에티드론산의 나노복합체 기반 전기화학적 검출 센서.
According to claim 1,
The reduced graphene oxide-silicon dioxide nanocomposite (rGO-Ag@SiO 2 ) is an electrochemical based nanocomposite of etidronic acid, characterized in that Ag@SiO 2 is adsorbed on rGO (reduced graphene oxide) detection sensor.
(a) 은@이산화규소 나노복합체(Ag@SiO2)를 준비하는 단계;
(b) 환원된 그래핀 옥사이드(reduced graphene oxide, rGO)를 준비하는 단계;
(c) 상기 단계에서 준비된 Ag@SiO2 및 rGO를 혼합하여 환원된 그래핀옥사이드-은@이산화규소 나노 복합체(rGO-Ag@SiO2)를 제조하는 단계;
(d) 상기 환원된 그래핀옥사이드-은@이산화규소 나노 복합체(rGO-Ag@SiO2)를 포함하는 층을 Au PCB(Au printed circuit board) 기재 상에 형성하는 단계를 포함하는 에티드론산의 나노복합체 기반 전기화학적 검출 센서의 제조방법.
(a) preparing a silver@silicon dioxide nanocomposite (Ag@SiO 2 ) ;
(b) preparing reduced graphene oxide (rGO);
(c) preparing a reduced graphene oxide-silicon dioxide nanocomposite (rGO-Ag@SiO 2 ) by mixing Ag@SiO 2 and rGO prepared in the above step;
(d) forming a layer containing the reduced graphene oxide-silver@silicon dioxide nanocomposite (rGO-Ag@SiO 2 ) on an Au printed circuit board (Au PCB) substrate of etidronic acid, Manufacturing method of nanocomposite-based electrochemical detection sensor.
제3항에 있어서,
상기 (a) 단계는 테트라에틸 오르토실리케이트(tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 포함하는 용액과 수산화암모늄(NH4OH)를 포함하는 용액을 혼합한 후 혼합물을 62 내지 68 ℃에서 초음파 처리하는 것을 특징으로 하는 에티드론산의 나노복합체 기반 전기화학적 검출 센서의 제조방법.
According to claim 3,
In the step (a), a solution containing tetraethyl orthosilicate (TEOS) and a solution containing ammonium hydroxide (NH 4 OH) are mixed and the mixture is sonicated at 62 to 68 ° C. Characterized in that Manufacturing method of nanocomposite-based electrochemical detection sensor of etidronic acid.
제3항에 있어서,
상기 (b) 단계는 그래핀 옥사이드(graphene oxide)를 물에 분산시킨 후 76 내지 84 ℃에서 교반하면서 히드라진 수화물(hydrazine hydrate)을 첨가하는 것을 특징으로 하는 에티드론산의 나노복합체 기반 전기화학적 검출 센서의 제조방법.
According to claim 3,
The step (b) is a nanocomposite-based electrochemical detection sensor of etidronic acid, characterized in that after dispersing graphene oxide in water, adding hydrazine hydrate while stirring at 76 to 84 ° C. Manufacturing method of.
제3항에 있어서,
상기 (c) 단계는 Ag@SiO2 및 rGO를 혼합한 후 초음파 처리하는 것을 특징으로 하는 하는 에티드론산의 나노복합체 기반 전기화학적 검출 센서의 제조방법.
According to claim 3,
The step (c) is a method for producing a nanocomposite-based electrochemical detection sensor of etidronic acid, characterized in that Ag@SiO 2 and rGO are mixed and then ultrasonicated.
제3항에 있어서,
상기 (d) 단계는 환원된 그래핀옥사이드-은@이산화규소 나노 복합체(rGO-Ag@SiO2)를 Au PCB(Au printed circuit board) 기재 상에 드랍 캐스팅(drop casting)하는 것을 특징으로 하는 에티드론산의 나노복합체 기반 전기화학적 검출 센서의 제조방법.
According to claim 3,
In the step (d), the reduced graphene oxide-silver@silicon dioxide nanocomposite (rGO-Ag@SiO 2 ) is drop-casted on an Au printed circuit board (Au PCB) substrate. Manufacturing method of nanocomposite-based electrochemical detection sensor of tidronic acid.
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